"กราฟีน" (Graphene)...วัสดุที่บางที่สุดในโลก แต่แข็งแกร่งกว่าเหล็ก 200 เท่า!

        ทำความรู้จักกับ "กราฟีน" (Graphene) วัสดุอัศจรรย์แห่งศตวรรษที่ 21 ที่มีคุณสมบัติสุดโต่งในทุกด้าน ไม่ว่าจะเป็นความบางที่ถึงขั้นเป็นวัสดุสองมิติ แต่กลับมีความแข็งแกร่งมหาศาลและนำไฟฟ้าได้อย่างดีเยี่ยม จนถูกยกให้เป็นกุญแจสำคัญที่จะพลิกโฉมเทคโนโลยีของมนุษยชาติในอนาคต

รายละเอียดความน่าทึ่งของวัสดุชนิดนี้มีประเด็นสำคัญดังนี้

โครงสร้างและคุณสมบัติที่โลกตะลึง

• โครงสร้างรังผึ้ง: กราฟีนคือชั้นเดี่ยวของอะตอมคาร์บอนที่เรียงตัวเป็นรูปหกเหลี่ยมคล้ายรังผึ้ง มีความหนาเพียง 1 อะตอม หรือประมาณ 0.34 นาโนเมตร ซึ่งถือเป็นวัสดุ 2 มิติอย่างแท้จริง

• แข็งแกร่งและยืดหยุ่น: มีความแข็งแรงกว่าเหล็กกล้าถึง 200 เท่าเมื่อเทียบที่น้ำหนักเท่ากัน และสามารถยืดออกได้ถึง 20% ของความยาวเดิมโดยไม่ขาดสะบั้น

• บางและเบาที่สุด: ด้วยความบางระดับอะตอม กราฟีนเพียง 1 กรัม สามารถแผ่ออกจนครอบคลุมพื้นที่ได้เกือบครึ่งสนามฟุตบอล

• สุดยอดตัวนำ: นำไฟฟ้าได้ดีกว่าทองแดงและนำความร้อนได้ดีเยี่ยม ช่วยในการระบายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างดี

• ความโปร่งใส: ยอมให้แสงผ่านได้ถึง 97.7% ทำให้มองเห็นได้ยากด้วยตาเปล่าจนเกือบจะล่องหน

  

การประยุกต์ใช้งานในอุตสาหกรรมล้ำสมัย

• อิเล็กทรอนิกส์และหน้าจอ: ใช้พัฒนาหน้าจอสัมผัสที่สามารถพับงอได้ (Flexible Displays) และทรานซิสเตอร์ที่มีความเร็วสูงกว่าปัจจุบันหลายเท่า

• เทคโนโลยีพลังงาน: พัฒนาแบตเตอรี่กราฟีนที่ชาร์จไฟเต็มได้ภายในไม่กี่นาที และมีความจุสูงกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทั่วไป

• สิ่งแวดล้อม: ใช้ทำแผ่นกรองน้ำทะเลที่มีรูพรุนเล็กพอจะกั้นเกลือแต่ยอมให้น้ำผ่านได้ ซึ่งอาจเป็นจุดเปลี่ยนของอุตสาหกรรมน้ำดื่มโลก

• วัสดุคอมโพสิต: ผสมในพลาสติกหรือคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อสร้างโครงสร้างเครื่องบินหรือรถยนต์ที่เบาแต่แข็งแรงสุดขีด

  

จุดกำเนิดจากความเรียบง่ายสู่รางวัลโนเบล

        ความสำเร็จครั้งแรกเกิดขึ้นในปี 2004 โดย Andre Geim และ Konstantin Novoselov พวกเขาใช้เพียง "เทปกาว" ลอกชั้นแกรไฟต์จากไส้ดินสอออกมาทีละชั้นจนเหลือเพียงชั้นเดียว วิธีการที่ดูเรียบง่ายนี้ส่งผลให้ทั้งคู่ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2010

        ดังนั้น กราฟีนคือวัสดุแห่งอนาคตที่ก้าวข้ามขีดจำกัดเดิมๆ ของวัสดุศาสตร์ ด้วยคุณสมบัติที่ทั้งบาง เบา แข็งแกร่ง และนำไฟฟ้าได้ดีเยี่ยม ทำให้มันกลายเป็นวัสดุสำคัญที่จะขับเคลื่อนนวัตกรรมใหม่ๆ ตั้งแต่ระดับอุปกรณ์พกพาไปจนถึงเทคโนโลยีการสำรวจอวกาศ