กราฟีนคืออะไร?

มีวัสดุไม่กี่ชนิดที่ได้รับการขนานนามว่าเป็นวัสดุชั้นเยี่ยม เพื่อให้ได้รับการยอมรับว่าคุณต้องการคุณลักษณะที่โดดเด่นบางอย่าง กราฟีนเป็นวัสดุที่เพิ่งค้นพบเมื่อเร็วๆ นี้ โดยมีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการ เช่น ความแข็งแรงและน้ำหนักเบา นักวิทยาศาสตร์และนักวิจัยกำลังทำงานกันอย่างหนัก โดยกำลังศึกษาเทคนิคใหม่ๆ ในการผลิตกราฟีน และสำรวจศักยภาพการใช้งานของมัน

Graphene เป็น allotrope ที่มนุษย์สร้างขึ้นหรือรูปแบบของคาร์บอน ประกอบด้วยโครงสร้างหกเหลี่ยมเหมือนกราไฟต์ แต่เป็นแผ่นหนาเพียงอะตอมเดียวจึงเบามาก แผ่นงานหลายชั้นในทางเทคนิคยังคงเรียกว่า graphene จนถึงประมาณ 30 ชั้นหลังจากนั้นจึงเรียกว่าแกรไฟต์

ในโครงสร้างหกเหลี่ยมที่กราฟีนใช้ สามในสี่ของอิเล็กตรอนที่มีอยู่เพื่อสร้างพันธะซิกมาที่แรงกับอะตอมของคาร์บอนอีกสามตัว อิเล็กตรอนสุดท้ายที่มีอยู่มีอิสระที่จะเดินทางผ่านกราฟีนทั้งแผ่น อิเล็กตรอนอิสระต่ออะตอมของคาร์บอนทำให้กราฟีนเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และการวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าสามารถนำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดง พันธะสามที่แข็งแกร่งทำให้กราฟีนแตกหักได้ยาก หากคุณสร้างแผ่นเหล็กที่มีความหนาเท่ากัน กราฟีนจะแข็งแรงกว่าเหล็กที่แข็งแรงที่สุด 100 เท่า

มีเพียง 2.3% ของแสงออปติคัลที่ถูกดูดซับ ทำให้กราฟีนดูเหมือนเกือบโปร่งใส สาเหตุหลักมาจากมันมีความหนาเพียงอะตอมเดียว

กราฟีนที่รวมความแข็งแกร่ง น้ำหนัก และความโปร่งใสแสดงให้เห็นในรางวัลโนเบลที่นักวิจัยผู้บุกเบิกสองคนได้รับรางวัลในปี 2010 แผ่นกราฟีนหนึ่งตารางเมตร หากทำเป็นเปลญวน จะสามารถรองรับแมวขนาด 4 กก. ในขณะที่มีความโปร่งใสเกือบสมบูรณ์และหนักเพียงหนวดเคราของแมวตัวหนึ่งที่ 0.77 มิลลิกรัมเท่านั้น

การวิจัยเกี่ยวกับกราฟีนกำลังดำเนินการในหลายสาขาวิชา เช่น การแพทย์ อิเล็กทรอนิกส์ และสิ่งแวดล้อม ปัจจัยจำกัดหลักสำหรับการใช้งานเชิงพาณิชย์ในอดีตคือต้นทุน อย่างไรก็ตาม ในช่วงทศวรรษนับตั้งแต่มีการสร้างกราฟีนขึ้นครั้งแรก ต้นทุนในการผลิตกราฟีนได้ลดลงอย่างมาก ซึ่งหมายความว่าแอพพลิเคชั่นเชิงพาณิชย์เริ่มปรากฏขึ้น

หนึ่งในอุตสาหกรรมหลักที่ผู้บริโภคจะได้เห็นกราฟีนสร้างความแตกต่างในสักวันหนึ่งก็คือแบตเตอรี่ การวิจัยพบว่า graphene จะสามารถเก็บพลังงานจำนวนมากในบรรจุภัณฑ์ที่เล็กและเบากว่าแบตเตอรี่ลิเธียมในปัจจุบันที่อาจชาร์จได้ในเวลาไม่กี่นาทีแทนที่จะเป็นชั่วโมง แบตเตอรี่แบบกราฟีนมีแนวโน้มที่จะมีความยืดหยุ่น ทำให้สามารถรีดหรือขึ้นรูปเป็นรูปทรงต่างๆ ได้ง่าย