چگونه گرافن صنعت فناوری را متحول خواهد کرد؟

گرافن به‌عنوان ماده شگفت‌انگیز قرن بیست و یکم شناخته می‌شود. اما گرافن به‌عنوان قوی‌ترین، باریک‌ترین و رساناترین ماده جهان چیست و چرا به این اندازه اهمیت دارد؟ گرافن توسط کنستانتین نووسلو و آندره جیم در سال 2004 در دانشگاه منچستر کشف و تولید شد. هر دو دانشمند جایزه نوبل را به واسطه اقدام‌های پیشگامانه خود در سال 2010 دریافت کردند و از آن زمان مسابقه تجاری‌سازی گرافن در قالب ماده‌ای صنعتی آغاز شده است.

گرافن ماده‌ای فوق‌العاده نازک، فوق‌العاده قدرتمند و انعطاف‌پذیر است و بهتر از مس می‌تواند رسانای الکتریسیته بوده و بهتر از هر ماده دیگر شناخته شده در رسانای حرارتی می‌تواند گرما را انتقال دهد. ورقه‌های تقریباً شفاف مولکول‌های گرافیت کربن تنها یک اتم ضخامت دارند و ورقه‌های گرافن به‌عنوان شبکه سیمی شش ضلعی ساخته شده از اتم‌های کربن توصیف می‌شوند.

گرافن در فناوری

در صنعتی که ضخامت تلفن‌های هوشمند برمبنای میلیمتر مقایسه می‌شود، گرافن می‌تواند ماده‌ای فوق‌العاده جذاب باشد. به گفته دکتر کوین کوران، عضو ارشد مؤسسه مهندسان برق و الکترونیک، برآوردهای صورت گرفته نشان می‌دهند یک میلیون ورق گرافن تنها یک میلیمتر ضخامت دارد. در دنیای امروز، هر فناوری که بتواند اصلاحات میلیمتری در یک گجت انجام دهد بسیار ارزشمند است.

به تلفن‌های انعطاف‌پذیر، رایانش فوق‌العاده کارآمد، سرعت بالا و دستگاه‌های پوشیدنی کاملاً منعطف فکر کنید. نمایشگرهای انعطاف‌پذیر در دستگاه‌های پوشیدنی واقعی از این پتانسیل برخوردار هستند تا دنیای فناوری‌های پوشیدنی را با تغییرات اساسی مواجه سازند. گرافن شفاف است و می‌تواند درهای بازار را به سوی دستگاه‌های پوشیدنی کاملاً جدید باز کرده و تمامی آنها از سبکی فوق‌العاده این ماده سود خواهند برد. البته در نظر داشته باشید که با وجود سبکی، گرافن 200 برابر قوی‌تر از فولاد است.

با این وجود، شاید بزرگ‌ترین پیشرفتی که گرافن می‌تواند زمینه‌ساز آن باشد به عمر باتری دستگاه‌های الکترونیکی قابل حمل باز می‌گردد. گرافن از پتانسیل افزایش 10 برابری ظرفیت الکتریکی باتری‌های لیتیومی نسبت به نمونه‌های فعلی برخوردار است. در نتیجه باتری تلفن‌های هوشمند بین هر بار شارژ می‌تواند یک هفته دوام بیاورد و حتی یک کتابخوان کیندل تا یک سال بدون شارژ باتری کار کند.

آینده انعطاف‌پذیر گرافن

گرافن در زمینه فناوری‌های پوشیدنی و اینترنت اشیا حرف‌های زیادی برای گفتن دارد. گرافن رسانایی برچسب‌های شناسایی فرکانس رادیویی (RFID) را به میزان 50 برابر افزایش می‌دهد. چنین برچسب‌هایی به‌طور فزاینده برای انتقال بی‌سیم داده، ردیابی موقعیت مکانی بار، کودکان و حیوانات خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

کمیاب و پر هزینه

گرافن یک ماده است و یک فناوری محسوب نمی‌شود. توسعه فناوری خوب از مواد جدید نیز زمان‌بر است و از این رو دانشمندان معتقدند تجاری‌سازی گسترده‌تر گرافن با ظهور کاربردهای جدید که به خوبی از ویژگی‌های منحصر به فرد این ماده بهره می‌برند، رخ خواهد داد. ‌گذار از شکل آزمایشگاهی به دنیای واقعی به توسعه فرآیندهای صنعتی مؤثر و مقرون به صرفه وابسته است. در حال حاضر، تولید گرافن دشوار است و همچنین به‌عنوان ماده‌ای بالقوه خطرناک نیز شناخته می‌شود.

همچنین منابع تأمین این ماده کمیاب و محدود هستند. اگرچه تولیدکنندگان گرافیت در کره جنوبی، هند، مکزیک، اوکراین، کره شمالی، برزیل، ترکیه و جمهوری چک وجود دارند اما بیشتر معادن گرافیت در چین قرار دارند و به واسطه افزایش تقاضا، قیمت‌ها نیز طی سال‌های گذشته سه برابر شده است. اما روند افزایشی قیمت مانعی در مسیر ثبت 10 هزار پتنت مرتبط با گرافن، ماده شگفت‌انگیزی که می‌تواند در هر چیزی از باتری خودروهای الکتریکی و هواپیما تا شارژرهای سریع تلفن همراه، دستگاه‌های پزشکی، تجهیزات ورزشی و حتی ساختمان‌های فوق بلند به‌کار گرفته شود، نشده است. با این وجود، پتانسیل واقعی گرافن تا زمانی که دانشمندان بر مشکلاتی همچون چگونگی تولید انبوه غلبه نکنند همواره در حالت نظریه باقی خواهد ماند.