گرافن هزار برابر بیشتر از مواد دیگر رسانای جریان برق است

قابلیت های گرافن دیوانه کننده‌تر از چیزی که فکر می‌کردیم است، می‌تواند نسبت به مواد معمولی ۱۰۰۰ برابر جریان بیشتری را تاب آورد.

درست هنگامی که فکر می‌کردیم گرافن  دیگر چیز چشمگیر تازه‌ای نخواهد داشت ، در روزهای پایانی سال خبر خوش تازه‌ای درباره‌اش بیرون آمد.

پژوهشی تازه نشان داده است که گرافن می‌تواند جریانی بسیار بیشتر از آنچه پیشتر پیش‌بینی می‌کردیم و همچنین بسیار بیشتر از سایر مواد رسانا را تاب آورد. که این توانایی، گرافن را به عنوان بخش ساختاری برای نسل بعدی لوازم الکترونیکی فوق سریع مناسب سازد.

یکی از پژوهشگران، Elisabeth Gruber، از موسسه فیزیک کاربردی دانشگاه صنعتی وین در اتریش گفت: "چگالی جریان نزدیک به ۱۰۰۰ برابر بیشتر از چیزی است که در شرایط عادی سبب نابودی ماده می‌شود"

"اما فراتر از این فاصله‌ها و مقیاس‌های زمانی، گرافن می‌تواند در برابر چنین جریان‌های شدیدی بدون کوچکترین آسیب تاب بیاورد "

برای روشن شدن موضوع، آنچه که اینجا درباره‌اش صحبت می‌کنیم این که چگونه گرافن می‌تواند به شکلی کارا الکتریسیته را هدایت کند، نیست. در ابتدای امسال، دانشمندان توانستند از این ماده ابر رسانایی بسازند، که می‌تواند الکترون‌ها را با مقاومت صفر گذر دهد.

این برای اینکه گرافن را در جایگاه  "ماده شگفت انگیز" سال نگهدارد بسنده بود.

نگاه این پژوهش تازه،  به بهره‌وری (کارامدی) جریان الکترون نبوده است، بلکه به اینکه ماده چه مقدار جریان می‌تواند گذر دهد - به ویژه اینکه، در یک زمان کوتاه، چند الکترون از آن می‌تواند گذر کند، بوده است. و دستاوردها دلگرم کننده است.

اگر نیاز به یک یادآوری سریع دارید، گرافن یک ورق لانه زنبوری مشبک به کلفتی یک اتم کربن است که ویژگی‌هایی باور نکردنی در مقیاس نانو از خود نشان می‌دهد. از فولاد نیرومندتر، و از الماس سخت‌تر، و بسیار انعطاف‌پذیر است - و اکنون به نظر می‌رسد بتواند در برابر چگالی بار بسیار زیاد، نیز تاب آورد.

برای درک این موضوع، پژوهشگران یونهای زنون با بار مثبت را بر یک ورق گرافن وزاندند، که سبب شد شمار زیادی از الکترون‌ها در جاهایی که یونهای زنون به آنها برخورد می.کرد، از گرافن جدا شوند.

 این یون‌های زنون، مانند یک توپ تنیس که با برخورد به یک تور گرد و خاکی از آن غبار جدا می‌کند، الکترون‌های گرافن را ، از جا می‌کَنند.

هر یون زنون می‌تواند بیش از ۲۰ الکترون از منطقه‌ی کوچکی از فیلم گرافن بِکَند (برباید)، که زیاد به نظر نمی‌رسد، ولی هنگامی که می‌بینیم هر اتم کربن در آغاز تنها دارای شش الکترون  است، این  چالشی بسیار بزرگ برای پایداری ماده است.

در نتیجه، اتم‌های پیرامون کربن بسیار مثبت باقی می‌مانند.

یون زنون نیز وقتی می‌گذرد، یک اتم کربن کامل را از ورقه جدا می‌کند، ولی این، تاثیر بسیار کوچکتری نسبت به از دست دادن تمام این الکترون‌ها دارد.

در یک ماده معمولی، الکترون‌ها تلاش خواهند کرد به سرعت عدم توازن را بر طرف کنند، ولی این کار به اندازه کافی سریع انجام نمی‌شود، به طوری که ماده شروع به شکستن می‌کند.

یکی از افراد گروه، ریچارد ویلهلم از مرکز Helmholtz-Centre Dresden-Rossendorf در آلمان گفت: "آنچه انتظار دارید رخ دهد این است که این یون‌های کربن با بار مثبت یکدیگر را دفع (دور کنند)، و با آنچه که انفجار کولنی نامیده می شود، پرواز کنند و یک شکاف بزرگ در ماده بجا بگذارند" 

"ولی این چنین نیست! بار مثبت در گرافن تقریبا بی‌درنگ خنثی می‌شود."

بنابراین گرافن به گونه‌ای توانایی پر کردن حفره‌ی الکترون به وجود آمده، را  با نشاندن بی درنگ الکترون‌های تازه، دارد. و این یعنی گرافن می‌تواند جریانِ با چگالی بسیار زیاد را در زمانی کوتاه جابجا کند.

هنگامی که می‌گوییم زمانی کوتاه، منظور ما این است - که کار یک روز را در کسر ثانیه (فمتوثانیه) انجام می‌دهد.

گروبر گفت: "پاسخ‌های الکترونیکی ماده به قطع شدن یون زنون نیز بسیار سریع است" 

"پیش از اینکه با دفع بارهای مثبت انفجاری به وجود آید، جریان قوی از بخش‌های مجاور فیلم گرافن، الکترون‌ها را به سرعت دوباره تامین می‌کند"

مقدار چگالی جریانی که گرافن باید برای این رخداد به وجود آورد نزدیک به ۱۰۰۰ برابر بیشتر از چیزی است که هر ماده معمولی دیگر می‌تواند تحمل کند.

برای پی بردن به اینکه چگونه این اتفاق می‌افتد به پژوهش‌های بیشتری نیاز است، ولی این برای مهندسانی  که می‌خواهند در آینده لوازم الکترونیکی بسیار پرشتابی بسازند، خبری باور نکردنی است، چرا که گرافن ممکن است ماده‌ای با کارایی بسنده برای چنین جریان الکترونی شدیدی، باشد.

سرپرست تیم، Fritz Aumayr  گفت: "امید است که به این دلیل، بهره گیری از گرافن در ساخت لوازم الکترونیکی بسیار سریع شدنی باشد. همچنین به نظر می رسد گرافن برای بهره برداری در اپتیک، برای نمونه پیوند دادن قطعات نوری و الکترونیکی مناسب باشد". 

شاید اینها را نیز بپسندید:

گرافن چیست؟

راهی کم هزینه برای تولید انبوه گرافن

پارچه‌ای ۵ برابر محکم‌تر از فولاد

لینک منبع خبر: