تلفن‌های همراه جدید، پخش کننده‌های موسیقی و کامپیوترهای شخصی هر ساله کوچکتر شده و این بدان معناست که این ادوات الکترونیکی به اجزاء حتی کوچکتری درون خود نیاز دارند. مهندسان به دنبال راه‌هایی خلاقانه جهت ساخت این اجزاء هستند و گرافن (graphene‎) را به عنوان ماده‌ای فوق‌العاده نازک  برای این منظور در نظر گرفته‌اند.

کاستیا نوسِلوف دانشمندی است که در دانشگاه منچستر انگلستان به مطالعه گرافن مشغول است. او عنوان می‌کند: «گرافن نه تنها کوچک است بلکه از جمله نازکترین ماده ممکن در جهان به شمار می‌رود». او آن را «ماده‌ی اعجاب انگیز» می‌نامد. این ماده به قدری نازک است که به منظور بدست آوردن ورقه‌ای به ضخامت یک برگه سفید معمولی نیاز است که 25000 ورقه از آن روی هم انباشته شوند. چنانچه از شما خواسته شود یک ورق گرافن را در انگشتان خود نگاه دارید، احتمالاً نمی‌دانید که این کار را چگونه باید انجام دهید به این دلیل که قادر به دیدن آن نیستید.

گرافن علاوه بر آنکه کمابیش نامرئی است، از قدرت و استحکام فوق‌العاده‌ای نیز برخوردار است. مهندسان دانشگاه کلمبیا نیویورک سیتی نشان دادند که گرافن 200 مرتبه مستحکم‌تر از فولاد است به طوری که آن را محکم‌ترین ماده شناخته شده در این سیاره ساخته است.
گرافن از کربن یعنی یکی از فراوان‌ترین عناصر موجود در جهان ساخته شده استگرافن از کربن یعنی یکی از فراوان‌ترین عناصر موجود در جهان ساخته شده است. هر نوع حیات شناخته شده، از جمله الماس و زغال سنگ حاوی کربن است. گرافن ورقه‌ای از کربن است اما ضخامت آن تنها یک اتم می‌باشد. (و اتم کوچکترین جزء یک عنصر به شمار می‌رود. در صورتیکه که اتمی از کربن را تغییر دهید، آنگاه آن ماده دیگر کربن نخواهد بود). نیازی نیست به دنبال گرافن در دوردستها باشید، بلکه همین اطراف شما وجود دارد. حتی می‌توانید همین حالا مقداری از آن را بیابید.

چنانچه بخواهید این فناوری شگفت انگیز را مشاهده کنید، تنها به یک مداد، کاغذ و کمی نوار چسب نیاز دارید. با استفاده از مداد بر روی قسمتی از کاغذ کشیده و سپس کمی چسب نواری روی آن قسمت سیاه شده بچسبانید. هنگامی که چسب را می‌کنید، خواهید دید که لایه‌ی نازکی از ناحیه تیره ایجاد شده توسط مداد برداشته می‌شود. به این لایه، گرافیت یعنی یکی از نرم‌ترین مواد معدنی موجود در جهان گویند. زمانی که با یک مداد می‌نویسید، در واقع آثاری از گرافیت را بر روی کاغذ برجای می‌گذارید.

اکنون همان اندازه چسب را بر روی یک برگه دیگر چسبانده و آن را بکنید، لایه حتی نازکتری بایستی بر روی کاغذ باقی مانده باشد. حال تصور کنید که این کار را چندین مرتبه تکرار نموده تا زمانی که دیگر قادر به دیدن آن نباشید. گرافیت از لایه‌های گرافن ساخته شده است، بنابراین زمانی که به نازکترین لایه ممکن برسید، گرافن را پیدا خواهید کرد.

در سال 2004 دانشمندانی از جمله نوسلوف و همکار او آندره ژیم از کالج منچستر برای نخستین بار جهت جداسازی گرافن به شکلی از این روش (در آزمایشگاه) استفاده کردند. از آن پس دانشمندان به دنبال راه‌هایی جهت ساخت و استفاده از گرافن بوده‌اند.
 

آینده یک گرافن

به محض آنکه دانشمندان موفق به ساخت مقادیر زیادی گرافن شوند، می‌توانند از آن در طیف وسیعی از برنامه‌های کاربردی استفاده نمایند. به عنوان مثال در دهه‌ی آتی روزنامه‌ها بر روی کاغذ معمولی چاپ نخواهند شد. در عوض گزارشات و حکایات موجود در روزنامه بر روی نوعی کاغذ الکترویکی فوق‌العاده نازک نمایش داده خواهند شد، درست مانند صفحه نمایش یک کامپیوتر که می‌توانید با خود همراه داشته باشید. اما برخلاف صفحه نمایش کامپیوتر، این کاغذ الکترونیکی قابلیت انعطاف داشته و پردوام خواهد بود. شما قادر خواهید بود آن را پیچیده و درون کوله پشتی خود قرار دهید.

گرافن به دلیل آنکه مستحکم، نازک، و شفاف است و همچنین می‌تواند رسانای الکتریسیته باشد، مورد مناسبی برای این نوع وسیله‌ به شمار می‌رود. به گفته ژیم، گرافن همچنین می‌تواند در تولید سلولهای خورشیدی بکار رود به این دلیل که سلولهای خورشیدی به موادی نیاز دارند که بتوانند هم رسانای الکتریسیته باشند و هم اجازه عبور نور را دهند.

گرافن همچنین ممکن است نقشی در تلفن‌های همراه، پخش کننده‌های موسیقی یا حتی کامپیوترهای شخصی آینده ایفاء کند. درون این وسایل میلیونها ترانزیستور یعنی سوئیچ‌های الکتریکی کوچک وجود دارد که جریان الکتریسیته را کنترل می‌کنند. ترانزیستورها با همکاری هم به عنوان «مغز» دستگاه عمل می‌کنند. هر اندازه ترانزیستور بیشتری در اختیار داشته باشید، کامپیوتر شما سریعتر خواهد بود. از آنجا که روز به روز بر سرعت و پیچیدگی کامپیوترها افزوده می‌شود، دانشمندان به دنبال راه‌هایی نو جهت ساخت ترانزیستورهای کوچکتر هستند. بیشتر ترانزیستورها از سیلیکون ساخته می‌شوند.

در اوایل سال 2008، تیمی به سرپرستی نوسلوف موفق به ساخت کوچکترین ترانزیستور جهان شدند. این ترانزیستور از گرافن ساخته شده و تنها 10 اتم پهنا و 1 اتم ضخامت آن است. این دانشمندان در آزمایشگاه نشان دادند که ترانزیستور گرافنی از ترانزیستور سیلیکونی سرعت بیشتری دارد. اما یک مشکل جالب وجود دارد بدین معنی که ترانزیستورهای گرافنی برای مصارف روزمره زیادی کوچک هستند.  به گفته‌ی نوسلوف آینده روشن است و روزی فراخواهد رسید که کامپیوترها بتوانند از این ترانزیستورهای گرافنی بسیار کوچک استفاده کنند. او می‌افزاید که زیبایی ترانزیستورهای گرافنی آن است که بسیار کوچک بوده و بسیار سریع هستند و به دنبال راه‌هایی هستیم که بتوانیم آنها را سریعتر سازیم.
 اتم‌های کربن تشکیل دهنده گرافن، همانند شبکه‌ای از اشکال شش ضلعی به یکدیگر متصل شده‌، هستند

مایعات جادویی و جاده ناهموار پیش رو

تحقیقات در زمینه گرافن هنوز در مراحل اولیه خود بوده بنابراین سالها طول می‌کشد تا بتوانیم از وسایلی استفاده کنیم که درون آنها این ماده‌ی شگفت انگیز بکار رفته باشد. یکی از بزرگترین مشکلات حال حاضر نحوه تولید مقادیر زیاد گرافن است. متأسفانه شما نمی‌توانید گرافن را خریداری کنید و حتی اگر هم می‌توانستید بسیار گران می‌بود. گرافن فوق‌العاده محکم، فوق‌العاده نازک و همچنین فوق‌العاده گران است.

کولمن فیزیکدان دانشکده دوبلین ایرلند  و تیم او اعلام کردند که جهت رفع این مشکل، به یک راه حل دست یافته‌اند. آنها طی آزمایشی، نوعی مایع ویژه را با گرافیت مخلوط نمودند. پس از تکان دادن مخلوط، متوجه شدند که پوسته‌های بزرگی از گرافن شروع به کنده شدن از گرافیت کرده و به مایع می‌چسبند. کولمن چنین موادی را «مایعات جادویی» نامید و تاکنون تیم او به ده نوع مختلف از آن دست یافته‌اند. دانشمندان می‌توانند از این مایعات به عنوان راهی ارزان جهت تولید ورقه‌های بزرگی از گرافن استفاده کنند. او عنوان می‌کند که هنور راهی طولانی در پیش است.
 
مترجم: رزیتا ملکی‌زاده
 
برگرفته از سایت sciencenewsforstudents