நோபல் வென்ற கிராஃபீன்

2010 இயற்பியல் நோபல் இங்கிலாந்தின் மான்செஸ்டர் பல்கலைகழகத்தைச் சேர்ந்த ஆண்ட்ரீ கெய்ம் (Andre Geim) மற்றும் கொன்ஸ்டெண்ட்டின் நொவோஸெலெவ் (Konstantin Novoselov) இருவருக்கும் அளிக்கப்பட்டுள்ளது. கிராஃபீன் (Graphene) என்ற பொருளை 2004இல் கண்டுபிடித்ததற்காக இப்பரிசு இவர்களுக்கு அளிக்கப்பட்டுள்ளது. இருபரிமாண கிராஃபீன் பற்றிய “பூமி உடையும் பரிசோதனைகள்” நிகழ்த்தியதற்காக (அதாங்க groundbreaking experiments) இப்பரிசு என்கிறது நோபல் பரிந்துரை.

அப்படி என்ன கிராஃபீனுக்கு திடீர் மவுசு? தமிழ்பேப்பரில் வெளியாகியிருக்கும் என் கட்டுரையில் படித்துப்பாருங்கள். சில வாரங்கள் ஆகிவிட்டபடியால், கீழே  அக்கட்டுரையை மீள்பதிப்பித்திருக்கிறேன்.

கொசுறாக, கிராஃபீன் பற்றி மேலும் அறிந்துகொள்ள கீழே கிராஃபீன் டச் ஸ்க்ரீன், செய்முறை பற்றிய விடியோக்களையும், பல தகவல் சுட்டிகளையும் தருகிறேன்.

கண்டன்ஸ்டு மேட்டர் பிஸிக்ஸ் எனப்படும் இயற்பியல் துறையின் ஆராய்ச்சியை 2004-ல் சூறாவளியாய் தாக்கியது இவர்களின் இந்த கிராஃபின் கண்டுபிடிப்பு. கடந்த சில வருடங்களாக உலகில் முக்கிய ஆராய்ச்சி மையங்களில் கிராஃபீனின் தன்மைகள், உபயோகங்கள் தீவிர ஆராய்ச்சியில் இருக்கிறது. இளசுகளுக்கு மார்ஃபீன் போல, இயற்பியலாளர்களுக்கு தற்போதைய டார்லிங் மேட்டர் கிராஃபீன்.

கிராஃபீன் என்பது கார்பன் அணுக்கள் பக்கவாட்டில் நானும் நானும் என்று கைகோர்த்து அமைக்கும் ஓர் அணிவரிசை. உயரம் ஒரு அணுவின் பருமனான நானோ மீட்டர். பரப்பு சில செண்டிமீட்டர்வரைகூடச் செல்லலாமாம். இங்கு வைக்கப்போகும் முற்றுப்புள்ளியின் சைஸ் கிட்டத்தட்ட நூறு மைக்ரோமீட்டர் என்பது. நானோ மீட்டர் என்பது ஒரு மைக்ரோமீட்டரில் ஆயிரத்தில் ஒரு பங்கு.

கிராஃபீன் என்பது நானோமீட்டர் சைஸ் மெல்லிய கார்பன் நூலிழைகளாலான  ஒரு தகடு. சிலிக்கன் அல்லது செப்புக் கல்லில் தேய்த்து இடப்பட்ட உலகின் மெலிதான அப்பளம். கிராஃபீன்தான் உலகின் தற்போதைய மிக மெலிதான பொருள்.

இத்த யின்னா நீ பெர்ய மேட்டரா சொல்லினுக்குர? அம்புட்டு மெலுசுனா தள்ளுபடில  தள்ளிகுனு வர வாயில் புடவையாட்டமா ஒரு தபா அட்ச்சுத் தோச்சாலே கத கந்தலாயிராதா என்றால், அதுதான் இல்லை. மெல்லிசு மட்டுமல்ல கிராஃபீன் தகடு, மிக மிகப் பலமானதும்கூட! லேசில் கிழியாது, உடையாது.

நான்கு முறை தட்டாமாலை சுற்றினாலே, குவார்ட்டர் கோபாலனாகக் கவிழ்ந்துவிடுகிறோம். ஒரு மைக்ரோ வில்லை (முற்றுப்புள்ளி சைஸ்) கிராஃபீனை காந்தசக்தியினால் அப்படி அந்தரத்தில் தொங்கவிட்டு (மாக்னெடிக் லெவிடேஷன் என்பார்கள்), மின்சக்தி கொண்டு நொடிக்கு 6 கோடி தட்டாமாலை சுற்ற முடியும். கிழியாது, உடையாது. வேறு எந்தப் பொருளும், இப்டி சும்மா சுத்தி சுத்தி அடிக்கும், தரைல கால் பாவாம சும்மா பறந்து பறந்து அடிக்கும் தலீவர் ஸ்டண்ட் போன்ற பரிசோதனைக்கு ஈடுகொடுத்ததில்லையாம்! கிராஃபீனின் பலம் அதிகம் என்பதால் கட்டுமானப் பணியில் காம்போஸிட்டுகளில் இதைக் கலக்கமுடியுமா என்று ஆராய்ந்துவருகின்றனர்.

கிராஃபீன் ஒரு மெலிதான பலசாலி. சரி, வேறு என்ன பவிஷு, இதற்கு இந்த திடீர் மவுசு?

மவுசுக்குப் பல காரணங்கள் உள்ளன. கிராஃபீனை குழக்கட்டைபோலப் பிடித்துவைத்தால், பக்மின்ஸ்டர் ஃபுல்லரீன் (Buckminster Fullerene) என்று நீட்டமாகவும், பக்கி-பால் (bucky-ball) என்று செல்லமாகவும் அழைக்கப்படும் கார்பன்-60 உருளை கிடைக்கும். கிராஃபீனை காய்ந்த புகையிலைபோலச் சுருட்டினால், ஆராய்ச்சி சாலைகளில் மட்டும் கிடைக்கும் பிரத்யேக கார்பன் நானோ டியூப் சுருட்டு உங்கள் கையில்! பற்றவைத்தால் புகையுமா என்று தெரியவில்லை. மூன்றாவதாயக, கிராஃபீனை பேப்பர்கட்டுபோல அடுக்கிக்கொண்டே போனால் முப்பரிமாண கிராஃபைட்.

கிராஃபீனை எப்படிச் செய்யலாம்? இரண்டு முறை உள்ளது. முப்பரிமாண கிராஃபைட்டை, பஜ்ஜிக்குப் போடும் உருளைகிழங்குபோல தோல் சீவி, செதில்களாக, ஒரு கார்பன் அணு தடிமனுள்ள தகடு தகடாயகச் செதுக்கலாம். இல்லை கார்பன் கூழை குழாயில் இட்டு, நானோ சைஸ் ஓட்டைவழியாக வீட்டில் துணியில் வடாம் பிழிவதைப்போல சிலிக்கன் தட்டில் பிழியலாம்.காக்காய் கொத்தாமல் காயவைத்து எடுத்தால் கிராஃபீன் தயார்.

கிராஃபீனுக்கு மூன்று முக்கிய குணங்கள். அருமையான மின் கடத்தி (செப்பைவிட மூன்று மடங்கு அதிகம்). மிகுந்த பலம் (ஏற்கெனவே பார்த்தோம்). ஒளி சுலபமாக ஊடுருவ முடியும். இந்த மூன்று குணங்களும் கூடி வரும் காம்பினேஷன் மேட்டர் என்பது இளையராஜா இசையில் வைரமுத்து பாட்டெழுத, ரஜினி கமல் சேர்ந்து நடிக்கும் மணிரத்னம் படம்போல.

இவ்வகை குணங்களால் கிராஃபீனுக்கு ஏக  வர்த்தக உபயோக சாத்தியங்கள். உதாரணமாயக லித்தியம் அயான் பேட்டரிகளில் (நாம் இன்று பயன்படுத்தும் அனைத்து செல்போன்களிலும் இந்த வகை பேட்டரிதான் உள்ளது) கிராஃபீனை அனோடுகளாகப் பொருத்தலாம். கிராஃபீன் அருமையான மின்கடத்தியாகையால் தற்போது மணிக்கணக்கில் நடைபெறும் ரீசார்ஜ், வெறும் பத்து நிமிடங்களில் முடிந்துவிடும்!

அடுத்து சோலார்-செல்கள். இவற்றில் ஒரு செமி கண்டக்டர், இரு எலக்ட்ரோடுகளுக்கு இடையே அழுத்திவைக்கப்பட்டிருக்கும். சூரிய ஒளி பட்டதும் எலக்ட்ரான்களை வெளிப்படுத்தவல்ல ஃபோட்டோ-வோல்டாயிக் செமிகண்டக்டர் தன் வேலையைச் சரிவரச் செய்ய, ஒரு எலக்ட்ரோடாவது ஒளியை ஊடுருவிச்செல்ல அனுமதிக்கும் தன்மையுடன் இருக்கவேண்டும். தற்போது சோலார் செல்களில் உபயோகிக்கும் இண்டியம்-டின்–ஆக்ஸைடு எலக்ட்ரோடு, ஒளி ஊடுருவத்தக்கதே. ஆனால் இது அதிவேக மின்கடத்தி இல்லை. இதற்கு மாற்றாக கிராஃபீனை உபயோகிக்கத் தொடங்கியிருக்கிறார்கள்.

சத்யம் தியேட்டரில், சாஃப்ட்வேர் சந்தைகளில், டச்-ஸ்க்ரீனை டச்சியிருக்கிறீர்களா? இனி அதிலும் கிராஃபீன்தான் வரப்போகிறது. ஒளி ஊடுருவும் பிளாஸ்டிக்குடன் கிராஃபீனைக் குழைத்து வடிப்பதுதான் இனிவரும் டச் ஸ்க்ரீன்கள். பென்சில் அல்லது விரலால் திரையைத் தொட்டவுடன், கிராஃபீனின் மின்கடத்தி குணத்தினால் அதிவேகமாக மின்சார சர்க்யூட் வழியாக நாம் தொட்டுப் பிறப்பிக்கும் ஆணை கணினியை அடைகிறது. கிராஃபீன் ஒளி ஊடுருவ வகைசெய்வதால், நம்மால் டச்-ஸ்க்ரீனின் பின்புறம் உள்ள எழுத்துகளையும் பிம்பங்களையும் எளிதாகப் பார்க்கமுடிகிறது.

ஆனாலும் கிராஃபீனின் தற்போதைய உபயோக சாத்தியங்கள் கடலில் எட்டிப்பார்க்கும் பனிப்பாறையின் முகட்டைப் போலத்தான்! நோபல் வாங்கியவர்களே இதைவைத்து என்னவெல்லாம் செய்யமுடியும் என்பதைப்பற்றி மொத்தமாக சரிவரப் புரியாமல்தான் உள்ளனர்.

அடுத்தமுறை வாயில் பென்சிலை கடித்தபடி யோசிக்கும் குழந்தையைக் கடிந்துகொள்ளும்முன் ஞாபகப்படுத்திக்கொள்ளுங்கள். பென்சில் முனையாக அதன் வாயில் ஜில்லென்று தித்திக்கும் முப்பரிமாண கிராஃபைட்டினுள் ஒளிந்திருப்பது, 2010 இயற்பியல் நோபல் பரிசை வென்ற கிராஃபீன்.

*****
[கட்டுரையின் முதல் பிரதியை நேர்த்தியாக எடிட் செய்து வெளியிட்ட பத்ரிக்கு மிக்க நன்றி.]

[தமிழ்பேப்பர் கட்டுரையில் விடுபட்ட ஒரு பத்தி]

[கிராஃபீனுக்காக] நோபல் வாங்கியவர்களே இ தைவைத்து என்னவெல்லாம் செய்யமுடியும் என்பதைப்பற்றி மொத்தமாக சரிவர புரியாமல்தான் உள்ளனர். இவர்கள் எழுதியுள்ள சமீபத்திய கட்டுரையில் (இங்கு படித்துக்கொள்ளுங்கள்: Nature Materials 6, 183 – 191 (2007) DOI: 10.1038/nmat1849) கிராஃபீன் மைக்ரொப்ராஸசர்கள் (தற்போது சிலிக்கனில் செய்கிறார்கள்) இன்னும் 20 வருடங்களுக்கு சாத்தியமில்லை என்றனர். ஆனால், தற்போது கிரஃபீனை வைத்து ஐ.பி.எம். கம்பெனி 100 கிகா-ஹெர்ட்ஸ் ப்ராஸஸர்களை செய்திருப்பதாய் செய்தி வெளியிட்டிருக்கிறர்கள் (நான் இந்த விஷயத்தை எழுதும் ”இதுதான் சார் 2010தோட லேட்டஸ்ட் மாடல்” கணினி 3 கிகா-ஹெர்ட்ஸ் பிராஸஸர்). அறிவியலும் அதன் வர்த்தகமயமாக்கலும் ஒரு ஜனநாயகத்தின் மக்களும் அதன் அரசியல்வாதிகளையும் போல.

அருள்செல்வன் கிராஃபீன் பற்றி விரிவாக எழுதியிருக்கிறார். நிச்சயம் படியுங்கள்.

கிராஃபீன் தொடு திரை [சுட்டி]

கிராஃபீன் செய்முறை (இதை என் கட்டுரையில் கிரஃபைட்டிலிருந்து செதுக்கி எடுக்கும் முறை என்று குறிப்பிட்டிருக்கிறேன்) [சுட்டி]

கிராஃபீனை பிடித்துவைத்தால் கார்பன் 60 எனப்படும் பக்கி பால்கள் கிடைக்கும். அடுக்கிக்கொண்டே போனால் கிராஃபைட் கிடைக்கும். கிராஃபீனை பாய்போல சுருட்டினால் கார்பன் நேனோ டியூப் கிடைக்கும். வெவ்வேறு தினுசில் சுருட்ட முடியும். பாருங்கள் விடியோவில்.

அவகாசமிருக்கையில் கிராஃபீனை பற்றிய தகவல்களுக்கு இந்த சுட்டிகளை அலசலாம் (அனைத்தும் ஆங்கிலத்தில்).