เป็นที่รับรู้กันมานานมากแล้วว่า “เพชร” (diamond) เป็นสิ่งที่แข็งที่สุดในโลก แต่ในช่วง 4-5 ปีที่ผ่านมาชื่อ “กราฟีน” (graphene) ก็ได้รับความสนใจกันมากขึ้น ไม่เพียงด้วยสาเหตุที่วัสดุชนิดนี้มีความแข็งแกร่งกว่าเพชรเท่านั้น แต่ด้วยคุณสมบัติที่มันสามารถเป็นตัวนำไฟฟ้าได้ดีกว่า “ซิลิคอน” (silicon) ซึ่งใช้ทำชิพคอมพิวเตอร์อยู่ในปัจจุบันถึงราว 100 เท่าตัวก็ยิ่งทำให้กราฟีนน่าสนใจมากขึ้นไปอีก
กราฟีนได้รับการเรียกขานกันในแวดวงวิทยาศาสตร์ว่าเป็น “วัสดุมหัศจรรย์” นั้นเป็นอัญรูป(allotrope)หรือรูปแบบหนึ่งของคาร์บอนเช่นเดียวกันกับเพชรและกราไฟต์ แต่ กราฟีนนั้นจะประกอบขึ้นด้วยอะตอมของคาร์บอนที่เกาะกันเป็นรูปหกเหลี่ยมซึ่ง เกาะอยู่บนระนาบเดียวกันไปเรื่อยๆจนมีลักษณะเป็นแผ่นที่มีความกว้างและความ ยาวคล้ายกับแผงลวดตาข่ายที่ใช้ทำกรงสัตว์ ซึ่งถึงแม้ว่ากราฟีนจะมีความแกร่งกว่าเพชรก็ตาม แต่มันก็สามรถม้วนหรือพับได้ด้วย
ส่วนความหนานั้นจะเท่ากับความหนาของคาร์บอนเพียงอะตอมเดียว หรือประมาณ 0.34 นาโนเมตร (nanometre) ซึ่ง 1 นาโนเมตรจะเท่ากับเศษ 1 ส่วน 1,000,000,000 ของ 1 เมตร หรือ เศษ 1 ส่วน 1,000,000 ของ 1 มิลลิเมตร ส่วนเพชรจะมีรูปทรงแปดเหลี่ยม ในขณะที่กราไฟต์นั้นก็จะประกอบด้วยกราฟีนที่มาซ้อนกันเป็นชั้นๆนั่นเอง
ในปีค.ศ. 2004 นัก ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ ประเทศอังกฤษ และสถาบันเทคโนโลยีไมโครอีเล็กทรอนิกส์ ในเมืองเชอร์โนโกลอฟก้า ประเทศรัสเซีย ได้ทำการแยกกราฟีนออกมาจากแผ่นกราไฟต์และทำการศึกษาคุณสมบัติของกราฟีนอย่าง จริงจัง พวกเขาพบว่า ปกติแล้วเราจะไม่พบกราฟีนอยู่โดดๆในธรรมชาติ แต่จะอยู่ซ้อนกันเป็นชั้นๆในรูปของกราไฟต์ซึ่งนิยมนำมาใช้ทำเป็นไส้ดินสอ และ หลังจากนั้นมา นักฟิสิกส์ นักเคมี และวิศวกรอีเล็กทรอนิกส์ในห้องปฏิบัติการทั้งหลายทั่วโลกต่างก็หันมาให้ความ สนใจในกราฟีนกันอย่างล้นหลาม
นัก วิทยาศาสตร์เหล่านี้พบว่า กราฟีนมีศักยภาพสูงในอันที่จะนำมาพัฒนาส่วนประกอบของอุปกรณ์อีเล็กทรอนิกส์ หลายชนิด ได้แก่ จอภาพที่ใช้งานด้วยการสัมผัส(touch screens) แผงโซล่าร์เซล อุปกรณ์กักเก็บพลังงาน โทรศัพท์มือถือ และชิพคอมพิวเตอร์ความเร็วสูง เป็นต้น
อย่างไรก็ตาม ดร.อังเดร เจอิม (Dr.Andre Geim) ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาแมนเชสเตอร์ (University of Manchester) ซึ่งเป็นผู้ค้นพบกราฟีนเป็นคนแรก ให้ความเห็นเพียงว่า ถึงแม้กราฟีนจะสามารถนำไฟฟ้าได้ดีกว่าซิลิคอนถึงประมาณ 100 เท่าตัวก็ตาม แต่การที่จะพัฒนาชิพคอมพิวเตอร์จากกราฟีนก็น่าจะต้องใช้ระยะเวลาอีกยาวนานที เดียว
ขณะเดียวกัน ดร.โทมัส ปาลาซิออส (Dr.Tomas Palacios) ผู้ช่วยศาสตราจารย์ทางด้านวิศวกรรมไฟฟ้าแห่งสถาบันเทคโนโลยีแมสซาจูเซ็ทส์ (Massachusetts Institute of Technology) สหรัฐอเมริกา ซึ่งทำการวิจัยเกี่ยวกับกราฟีน ก็ให้ความเห็นที่สอดคล้องกันว่า ใน อนาคตอันใกล้และในระยะกลางแล้ว มันก็ยังคงเป็นเรื่องยากมากที่กราฟีนจะเข้ามาแทนที่ซิลิคอนในอุตสาหกรรมชิ้น ส่วนอีเล็กทรอนิกส์สำหรับคอมพิวเตอร์ได้ โดยให้เหตุผลว่า “อุตสาหกรรม เกี่ยวกับซิลิคอนนั้นเป็นอุตสาหกรรมที่มีมูลค่าหลายพันล้านเหรียญสหรัฐซึ่ง ได้หล่อหลอมกระบวนการผลิตซิลิคอนให้มีความสมบูรณ์พร้อมมาเป็นเวลาถึง 40 ปีแล้ว”
นอกจากบรรดาห้องปฏิบัติการของรัฐบาล มหาวิทยาลัย และบริษัทยักษ์ใหญ่ทั้งหลายที่ให้ความสนใจกับกราฟีนอย่างเอาจริงเอาจังแล้ว กระทรวงกลาโหมของสหรัฐฯหรือ “เพ็นทาก้อน” (Pentagon) ก็ให้ความสนใจในวัสดุไฮเท็คชนิดนี้ไม่น้อยเช่นกัน โดยได้จัดสรรงบเพื่อการวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับกราฟีนไปแล้วประมาณ 22 ล้านเหรียญสหรัฐ
ดัง นั้น จึงอาจกล่าวได้ว่า กราฟีนนับเป็นวัสดุชนิดใหม่ของโลกแห่งนวัตกรรมที่น่าจับตามองเป็นอย่างยิ่ง และเราคงจะได้ยินได้ฟังเรื่องยาวของ “กราฟีน” กันบ่อยมากขึ้นในอนาคตอันใกล้อย่างแน่นอน…
รายละเอียดอื่นๆ
ทรานซิสเตอร์จาก Graphene สามารถลดขนาดจากแถบเป็น Dot ได้แล้ว
นักวิจัยที่ Manchester University ในสหราชอาณาจักรสามารถสร้างทรานซิสเตอร์จาก Graphene quantum dot โดย Graphene อาจจะเป็นวัสดุที่อาจจะมาแทนที่ซิลิกอนในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกได้
Graphene เป็นแผ่นคาร์บอน 2 มิติที่มีความหนาเพียง 1 อะตอมและโดยปกติจะถูกสร้างมาจากการตัดผลึกของการ์ไฟต์ ในระดับโมเลกุลมันจะดูเหมือนแผ่นที่มี Benzene ring ต่อกัน
เนื่องจากสมบัติทางกายภาพของ Graphene ทำให้มันถูกพยายามนำไปใช้แทนซิลิกอน อิเล็กตรอนในสสารนี้จะประพฤติตัวคล้ายอนุภาคสัมพันธภาพที่ไม่มีมาลนิ่งและ สามารถเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วประมาน 1000000 เมตรต่อวินาที Kostya Novoselov หนึ่งในทีมวิจัยกล่าวว่า "สมบัตินี้ยังคงอยู่แม้เราจะทำให้อุปกรณ์เหลือเพียง Benzene ring ไม่กี่วง นี้เป็นสิ่งที่จำเป็นในการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกระดับโมเลกุล"
ปัจจุบันนักวิจัยสามารถสร้างทรานซิสเตอร์จากแถบของ Graphene ได้เท่านั้น แต่รูปทรงที่ยาวไม่ทำให้ความนำไฟฟ้าได้สูงสุด Novoselov และผู้ร่วมงานได้ตัดแถบเพื่อให้ขนาดของมันสามารถควบอิเล็กตรอนในเชิงควอนตัม ได้ (Quantum confine electron) พวกเขาได้ใช้วิธีการตัดโดยใช้ลำอิเล็กตรอนและกระตุ้นพลาสมาในการทำแผ่น Grahene ขนาดเล็กจากแผ่นใหญ่ Novoselov กล่าวว่า "เราสามารถแสดงให้เห็นว่าสามารถสร้างทรานซิสเตอร์โดยใช้ Graphene quantum dot และมันยังสามารถทำงานได้ที่อุณหภูมิห้องอีกด้วย"
Andre Geim หนึ่งในทีมวิจัยกล่าวว่าพวกเขาสามารถสร้างทรานซิสเตอร์ที่มีขนาดเล็กเพียง 10 นาโนเมตรซึ่งอาจจะเล็กลงถึง 1 นาโนเมตรได้ในอนาคต
Jie Chen จาก university of Alberta ใน Canada หนึ่งในผู้วิจัยในการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกจาก Graphene ประทับใจกับการที่ Novoselov, Geim และผู้ร่วมงานสามารถพัฒนา Graphene ได้อย่างรวดเร็ว เขากล่าวว่า "พวกเขากำลังเป็นผู้นำในสาขานี้" http://physicsworld.com/cws/article/news/33832
ที่มา http://www.twittyonline.com
