ഗ്രാഫീന്‍ ബള്‍ബുകള്‍ - LED യെ മറികടക്കുന്ന ടെക്നോളജി

Sabu Jose

⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️⚛️

⭕അതിചാലക ഗ്രാഫീന്‍ കോട്ടിംഗ് ഉള്ള എല്‍.ഇ.ഡി ഫിലമെന്റ്. മുടിനാരിന്റെ പത്തുലക്ഷത്തില്‍ ഒരു ഭാഗം മാത്രം കനം, എന്നാല്‍ ഉരുക്കിന്റെ 200 മടങ്ങ് ഉറപ്പുമുള്ള പദാര്‍ഥം. എല്‍.ഇ.ഡി. യേക്കാള്‍ കുറഞ്ഞ നിര്‍മാണച്ചെലവ്, കൂടുതല്‍ ആയുസ്, കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതി ഉപയോഗം. ഗ്രാഫീന്‍ വിപ്ലവം വൈദ്യുത വിളക്കും കടന്ന് അപ്പുറത്തേക്ക്.

 ⭕കണ്ടുപിടുത്തത്തേത്തുടര്‍ന്ന് കേവലം പത്തുവര്‍ഷത്തിനുശേഷം ഗ്രാഫീന്‍ എന്ന അദ്ഭുത വസ്തു അപ്ലൈഡ് ഫിസിക്‌സിന്റെ ഭാഗമാവുകയാണ്. എല്‍.ഇ.ഡി. ബള്‍ബുകളേക്കാള്‍ പത്തുശതമാനം കുറവ് വൈദ്യുതി ഉപയോഗിക്കുന്നവയാണ് ഗ്രാഫീന്‍ കോട്ടിംഗ് ഫിലമെന്റുള്ള ബള്‍ബുകള്‍. ഇവയുടെ ആയുസ് എല്‍.ഇ.ഡി. ബള്‍ബുകളേക്കാള്‍ ഏറെ കൂടുതലും നിര്‍മ്മാണച്ചലവ് കുറവുമാണ്. മുടിനാരിന്റെ പത്തുലക്ഷത്തില്‍ ഒരു ഭാഗം മാത്രം കട്ടിയും എന്നാല്‍ ഉരുക്കിനേക്കാള്‍ 200 മടങ്ങ് ഉറപ്പുമുള്ള അദ്ഭുത വസ്തുവാണ് ഗ്രാഫീന്‍. ഇംഗ്ലണ്ടിലെ മാഞ്ചസ്റ്റര്‍ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയില്‍ വെച്ച് റഷ്യന്‍ ശാസ്ത്രജ്ഞരായ ആന്ദ്രേ ഗെയിം, കോണ്‍സ്റ്റന്റൈന്‍ നൊവോസെലോവ് എന്നിവര്‍ ചേര്‍ന്ന് 2004ല്‍ ആണ് ഗ്രാഫീന്‍ വേര്‍തി രിച്ചെടുത്തത്. ഇതിനവര്‍ക്ക് 2010ല്‍ ഭൗതിക ശാസ്ത്രത്തിനുള്ള നൊബേല്‍ പുരസ്‌ക്കാരം ലഭിക്കുകയുമുണ്ടായി. ഗ്രാഫീന്‍ വിപ്ലവം ഒരു വൈദ്യുത വിളക്കില്‍ ഒതുങ്ങുന്നില്ല. കായികോപകരണങ്ങളുടെ നിര്‍മാണത്തിലും, വൈദ്യശാസ്ത്രരംഗത്തും, നാനോ ടെക്‌നോളജിയിലും, മൊബൈല്‍ ഫോണുകളിലും, സപേ്‌സ് ടെക്‌നോളജിയിലും, ക്യാമറകളിലുമെല്ലാം ഇനി ഗ്രാഫീന്‍ വിപ്ലവത്തിന്റെ നാളുകളാണ് വരാന്‍ പോകുന്നത്. ലോകമെമ്പാടുമുള്ള 35 കമ്പനികള്‍ ഇപ്പോള്‍ ഗ്രാഫീന്‍ പ്രൊജക്ടുകളില്‍ മാഞ്ചസ്റ്റര്‍ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിയുമായി സഹകരിക്കുന്നുണ്ട്. കൂടുതല്‍ രാജ്യങ്ങളിലെ കൂടുതല്‍ കമ്പനികള്‍ ഈ മേഖലയിലേക്ക് കടന്നു വന്നുകൊണ്ടിരിക്കുകയാണ്. മാഞ്ചസ്റ്റര്‍ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റിക്കു കീഴിലുള്ള നാഷണല്‍ ഗ്രാഫീന്‍ ഇന്‍സ്റ്റിറ്റ്യൂട്ട് ആണ് ഗ്രാഫീന്‍ ബള്‍ബുകള്‍ പരീക്ഷണാടിസ്ഥാനത്തില്‍ വിജയകരമായി നിര്‍മിച്ചിരിക്കുന്നത്.

എന്താണീ ഗ്രാഫീന്‍? 

⭕ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ മാത്രം കട്ടിയുള്ള, തേനീച്ചക്കൂടുപോലെ ഇടതൂര്‍ന്ന ക്രിസ്റ്റലിക ഘടനയുള്ള ദ്വിമാന കാര്‍ബണ്‍ ആറ്റങ്ങളുടെ ഒരു പരന്ന പാളിയാണ് ഗ്രാഫീന്‍. ഗ്രാഫൈറ്റ് എന്ന പേരിനൊപ്പം ഇരട്ട ബന്ധനമുള്ള കാര്‍ബണ്‍ സംയുക്തങ്ങളെ സൂചിപ്പിക്കുന്ന 'ഈന്‍' എന്ന പദം കൂട്ടിച്ചേര്‍ത്താണ് ഗ്രാഫീന്‍ എന്ന പേര് സൃഷ്ടിച്ചിരിക്കുന്നത്. ഗ്രാഫീന്‍ ഷീറ്റിന്റെ ഘടന ഇനിയും മനസ്സിലായില്ലെങ്കില്‍ കോഴിക്കൂട് നിര്‍മ്മിക്കാനുപ യോഗിക്കുന്ന ഷഡ്‌കോണ കണ്ണികളുള്ള ഒരു വല സങ്കല്‍പ്പിച്ചാല്‍ മതിയാകും. പല ഗ്രാഫീന്‍ പാളികള്‍ ഒന്നിനുമേല്‍ ഒന്നായി അടുക്കിയതാണ് സാധാരണ ഗ്രാഫൈറ്റിന്റെ (പെന്‍സില്‍ ലെഡ്)ക്രിസ്റ്റലിക ഘടന. ഷഡ്‌കോണ ആകൃതിയില്‍ ആറ് കാര്‍ബണ്‍ ആറ്റങ്ങള്‍ തമ്മില്‍ ബന്ധനത്തിലിരിക്കുന്ന ഒരു ഘടനയുടെ അനന്തമായ ആവര്‍ത്തനമാണ് ഗ്രാഫീന്‍ പാളിയില്‍ കാണാന്‍ കഴിയുന്നത്.ഒരു ആറ്റത്തിന്റെ മാത്രം കനമുള്ളതുകൊണ്ടും കാര്‍ബണ്‍ ആറ്റങ്ങള്‍ തമ്മിലുള്ള ബന്ധന അകലം 0.142 നാനോമീറ്റര്‍ മാത്രം ആയതുകൊണ്ടും ഏതാണ്ട് 70 ലക്ഷം ഗ്രാഫീന്‍ ഷീറ്റുകള്‍ ഒന്നിനുമുകളില്‍ ഒന്നായി അടുക്കിയാലും അതിന് ഒരു മില്ലിമീറ്റര്‍ കനമേ ഉണ്ടാകൂ. കാര്‍ബണിന്റെ മറ്റു രൂപങ്ങളായ കല്‍ക്കരി, കാര്‍ബണ്‍ നാനോ ട്യൂബുകള്‍, ഫുള്ളറിന്‍ തന്മാത്രകള്‍ എന്നിവയുടെ 

⭕ഏറ്റവും മൗലികമായ ഘടനാ ഏകകമാണ് ഗ്രാഫീന്‍. ഗ്രാഫീനുമായി ബന്ധപ്പെട്ട ഗവേഷണത്തിന് നൊബേല്‍ പുരസ്‌ക്കാരം ലഭിച്ച ആന്ദ്രേ ഗെയിമും നൊവോസെലോവും നല്‍കുന്ന നിര്‍വചനം ഇതാണ്. 'ഇടതൂര്‍ന്ന് അടുക്കപ്പെട്ട കാര്‍ബണ്‍ ആറ്റങ്ങളുടെ, ദ്വിമാന ജാലികാ ഘടനയുള്ള, തേനീച്ചക്കൂടിനെ അനുസ്മരിപ്പിക്കുന്ന ഒരു പരന്ന ഏകപാളിയാണ് ഗ്രാഫീന്‍'. മറ്റു മാനങ്ങളിലുള്ള ഗ്രാഫൈറ്റിക പദാര്‍ത്ഥങ്ങളുടെയെല്ലാം മൗലിക രൂപഘടനയാണിത്. ഗ്രാഫീനെ ഉരുട്ടിയെടുത്താല്‍ ഫുള്ളറീനുകളും, ഏകമാനത്തില്‍ ചുരുളാക്കിയാല്‍ കാര്‍ബണ്‍ നാനോ ട്യൂബുകളും, ത്രിമാനത്തില്‍ അടുക്കിവച്ചാല്‍ ഗ്രാഫൈറ്റും ആകും.

⭕ഗ്രാഫീന്‍ പാളികളിലെ കാര്‍ബണ്‍ ആറ്റങ്ങള്‍ ഷഡ്‌കോണാകൃതിയില്‍ ജാലികാ രൂപത്തിലാണ് കാണപ്പെടുന്നത്. ട്രാന്‍സ്മിഷന്‍ ഇലക്‌ട്രോണ്‍ മൈക്രോസ്‌കോപ്പി എന്ന സങ്കേതമുപയോഗിച്ചാണ് ഈ ഘടന വെളിവാക്കപ്പെട്ടത്. ഇലക്‌ട്രോണ്‍ വിഭംഗനക്രമം വഴിയാണ് ഷഡ്‌കോണാകൃതിയിലെ ജാലികാരൂപം തിരിച്ചറിഞ്ഞത്. ഗ്രാഫീന്‍ ഷീറ്റുകളില്‍ ഒരു കട്ടികുറഞ്ഞ പ്ലാസ്റ്റിക് ഷീറ്റിലെന്ന പോലെ ചെറിയ ഓളങ്ങള്‍ ഉണ്ടാകുന്നതായും കണ്ടിട്ടുണ്ട്. ദ്വിമാനത്തിലെ ജാലികാ ഘടനയ്ക്ക് സഹജമായുള്ള അസ്ഥിരതയാണിതെന്ന് ഊഹിക്കപ്പെടുന്നു.

ഇലക്‌ട്രോണിക് ഗുണങ്ങള്‍ 

⭕ഊര്‍ജവും, തരംഗസംഖ്യയും അങ്കങ്ങളായി രേഖപ്പെടുത്തിയ ഒരു ത്രിമാന ഗ്രാഫില്‍ മുകളിലും താഴെയുമായി തൊട്ടുതൊട്ടില്ല എന്ന മട്ടില്‍ നില്‍ക്കുന്ന, ഊര്‍ജ സ്‌പെക്ട്രത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന, ആറു കോണുകള്‍ തീര്‍ക്കുന്ന ത്രിമാന പ്രതലത്തിലാണ് ഗ്രാഫീന്റെ ഫെര്‍മി തല ഊര്‍ജം കാണപ്പെടുന്നത്. ഫലത്തില്‍ ഈ ആറു ബിന്ദുക്കളില്‍ ഇലക്‌ട്രോണുകള്‍ക്കും, സുഷിരങ്ങള്‍ക്കും ഡിറാക് സമീകരണം അനുസരിക്കുന്ന കണികകളായി വര്‍ത്തിക്കാം. ഇങ്ങനെ വര്‍ത്തിക്കുന്ന ഇലക്‌ട്രോണുകളെയും സുഷിരങ്ങളെയും ഡിറാക് ഫെര്‍മിയോണുകള്‍ എന്നു വിളിക്കാം.