جب گرافین کی تہوں کو ایک دوسرے پر اسٹیک کیا جاتا ہے، تو وہ گریفائٹ بناتے ہیں۔ گریفائٹ کے ایک ملی میٹر میں گرافین کی تقریباً 3 ملین پرتیں ہوتی ہیں۔ کاغذ پر پنسل کا ہلکا جھٹکا نشانات چھوڑ دیتا ہے جو صرف چند تہوں یا گرافین کی ایک تہہ بھی ہو سکتی ہے۔ اپنے کامل دو
جب گرافین کے بارے میں بات کی جائے تو، سب سے مشہور ذکر بلاشبہ 2010 کا فزکس کا نوبل انعام ہے، جسے دو سائنس دانوں نے گرافین پر اپنی اہم تحقیق کے لیے بانٹ دیا ہے۔ حال ہی میں، فوڈان یونیورسٹی نے اعلان کیا کہ اس کے محققین نے، نیشنل یونیورسٹی آف سنگاپور کے لوگوں کے ساتھ مل کر، ایک بالکل-نیا، اعلی-کارکردگی والا گرافین کی تیاری کا طریقہ تیار کیا ہے جس کی بنیادی ٹیکنالوجی کو صنعتی پیداوار کے لیے آسانی سے بڑھایا جا سکتا ہے۔
خاص طور پر، تحقیقی ٹیم نے پہلے مقالے شائع کرنے اور پھر کاروباری اداروں کے ساتھ تعاون کرنے کے روایتی راستے کے بالکل برعکس انداز اختیار کیا۔ انہوں نے 2013 میں اختراعی نتائج حاصل کیے، 2014 میں پیٹنٹ دائر کیا، 2015 میں پیٹنٹ کو گھریلو انٹرپرائز میں منتقل کیا، اور صرف اپنے نتائج آن لائن شائع کیےنیچر کمیونیکیشنز8 جنوری کو۔ فوڈان یونیورسٹی میں میکرو مالیکیولر سائنس اور سٹیٹ کی لیبارٹری آف مالیکیولر انجینئرنگ آف پولیمر کے ٹیم لیڈرز میں سے ایک لو ہونگ بن نے مسکراہٹ کے ساتھ کہا: "اچھی چیزوں کا انتظار کرنا ضروری ہے؛ وہ اکثر بالغ ہونے کے کچھ وقت بعد بہتر ہو جاتی ہیں۔"
ایٹم ریزولیوشن ٹرانسمیشن الیکٹران مائیکروسکوپی امیج (a)، رامان سپیکٹرم (b)، ایکس رے فوٹو الیکٹران سپیکٹروسکوپی سپیکٹرم (c)، اور بڑے پیمانے پر ایٹم فورس مائکروسکوپی امیج (d) جیسا کہ تیار شدہ گرافین؛ گرافین موٹائی کی تقسیم کے پلاٹ (ای) اور پس منظر کے سائز کے اعدادوشمار (f)۔
ڈونگ لی کی تصویر
بہت کم لوگوں کو اس بات کا احساس ہے کہ گرافین نوبل انعام کی فہرست میں صرف ایک نام نہیں ہے - یہ پہلے سے ہی روزمرہ کی زندگی میں قریب سے مربوط ہے۔ یہ قدرتی طور پر دنیا میں موجود ہے، حالانکہ سنگل-پرت گرافین کو الگ کرنا کوئی آسان کام نہیں ہے۔ تہہ در تہہ اسٹیک شدہ تہہ، گرافین گریفائٹ بناتا ہے، جس میں 1 ملی میٹر گریفائٹ تقریباً 3 ملین گرافین تہوں پر مشتمل ہوتا ہے۔ کاغذ پر پنسل کا نشان کئی یا یہاں تک کہ گرافین کی صرف ایک پرت ہو سکتا ہے۔ اس کے مثالی 2D ڈھانچے کی وجہ سے، یہ مختلف جدید مصنوعات میں ایک فعال اضافی کے طور پر کام کرتا ہے:
· خصوصی پولیمر کوٹنگز میں شامل کیا گیا، یہ بہترین رکاوٹ خصوصیات کے ذریعے سروس کی زندگی کو بڑھاتا ہے۔
· بیٹریوں میں کنڈکٹیو ایجنٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اس کا 2D ڈھانچہ تیز تر الیکٹران ٹرانسپورٹ کی سہولت فراہم کرتا ہے، جس سے چارجنگ کی رفتار میں بہت زیادہ اضافہ ہوتا ہے۔
· فائبر اور الیکٹرک ہیٹنگ ڈیوائسز میں شامل، اس کی غیر معمولی برقی اور تھرمل چالکتا مصنوعات کی کارکردگی کو نمایاں طور پر اپ گریڈ کرتی ہے۔
اس کی بہت زیادہ اہمیت کے پیش نظر، تیاری کے بہتر طریقے اکیڈمی اور صنعت دونوں کے لیے ایک مسابقتی ہدف بن گئے ہیں۔ مانچسٹر یونیورسٹی کے دو سائنسدانوں - آندرے گیم اور کونسٹنٹین نوووسیلوف - نے تیزی سے پتلے گریفائٹ فلیکس حاصل کرنے کا ایک قابل ذکر آسان طریقہ دریافت کیا۔ انہوں نے انتہائی اورینٹڈ پائرولائٹک گریفائٹ سے فلیکس کو چھیل دیا، دونوں اطراف کو خصوصی چپکنے والی ٹیپ سے جوڑا، اور ٹیپ کو پھاڑ کر فلیکس کو تقسیم کیا۔ اس عمل کو دہرانے سے پتلی اور پتلی چادریں نکلتی ہیں، جس کے نتیجے میں کاربن ایٹموں کی صرف ایک پرت پر مشتمل فلیکس ہوتے ہیں: گرافین۔ اس کے بعد سے، تیاری کے بے شمار نئے طریقے سامنے آئے ہیں، اور ترقی کے پانچ سال کے بعد، گرافین کی صنعتی-پیمانہ پیداوار پہنچ گئی ہے۔
پروفیسر لو ہونگ بن نے گرافین کو تین "دنیا کے بہترین" ٹائٹل دیئے:
· سب سے پتلا معلوم مواد، صرف 0.335 نینو میٹر موٹا؛
· سب سے مضبوط مواد، سٹیل سے 100 گنا زیادہ مضبوط؛
·بہترین تھرمل موصل، چاندی سے 10 گنا زیادہ۔
اس کے علاوہ، گرافین میں انتہائی زیادہ الیکٹران کی نقل و حرکت ہے، جس کی شدت سلیکون سے زیادہ ہے۔ ایک اہم اسٹریٹجک ابھرتے ہوئے مواد کے طور پر، اس ناول 2D مواد میں سمارٹ آلات، ایرو اسپیس، توانائی ذخیرہ کرنے، ماحولیاتی تدارک اور بہت سے دوسرے شعبوں میں بہت زیادہ استعمال کی صلاحیت ہے۔
تاہم، اعلی-معیار گرافین کی موثر، بڑے پیمانے پر پیداوار حاصل کرنا طویل عرصے سے اس کے وسیع پیمانے پر استعمال کو محدود کرنے میں ایک اہم رکاوٹ رہا ہے۔
گرافین قدرتی طور پر موجود ہے، اور تیاری کی مثالی حکمت عملی قدرتی فلیک گریفائٹ کو ایک مخصوص مائع سالوینٹس میں گرافین میں نکالنا ہے۔ دوسرے لفظوں میں، چونکہ گرافین ہائیڈروفوبک ہے، لہٰذا ایکسفولیئشن کے دوران سرفیکٹینٹس کی بڑی مقدار کو مائع میں شامل کرنا ضروری ہے، ورنہ علیحدگی تقریباً ناممکن ہے۔ روایتی طریقوں میں عام طور پر 1 ٹن گرافین پیدا کرنے کے لیے 3 ٹن آکسیڈنٹس جیسے پوٹاشیم پرمینگیٹ کی ضرورت ہوتی ہے، اسے ایکسفولیئشن اور کمی سے پہلے گرافین آکسائیڈ میں تبدیل کر دیا جاتا ہے۔ یہ عمل آکسیڈیشن، کمی اور صفائی سے گندے پانی کی بڑی مقدار پیدا کرتا ہے، جبکہ گرافین کی کچھ منفرد خصوصیات کو بھی نیچا دکھاتا ہے۔
تحقیقی ٹیم نے ان چیلنجوں پر کیسے قابو پایا؟انہوں نے انتہائی کم مقدار میں آئنائز ایبل آکسیجن-فکشنل گروپس پر مشتمل گرافین کی سطحوں پر متعارف کراتے ہوئے ایک غیر مستحکم بازی کی حکمت عملی اپنائی، جس سے انتہائی-زیادہ ارتکاز پر تیز رفتار، اعلی-پیداوار کے اخراج کو قابل بنایا جا سکے۔ 90% سے زیادہ ایکسفولیٹیڈ پروڈکٹ سنگل پرت والا گرافین ہے جس میں کم سے کم جالی کے نقائص ہیں، جو بڑے-پیمانے کی ایپلی کیشنز کے لیے اسٹوریج اور نقل و حمل کے مسائل کو مؤثر طریقے سے حل کرتے ہیں۔ مزید برآں، اس طریقہ سے تیار کردہ آبی گرافین سلری سازگار ریولوجیکل خصوصیات کی نمائش کرتی ہے اور مختلف اشکال کے گرافین ایروجیلز کو براہ راست 3D-پرنٹ کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، توانائی کے ذخیرہ کرنے، ماحولیاتی علاج، ملٹی فنکشنل مرکبات، اور اس سے آگے گرافین ایپلی کیشنز کے لیے نئی راہیں کھولنے کے لیے۔
