ما هي مجالات استخدام الغرافين وما هي الانتقادات الموجهة إلى هذه المادة Graphene
ما هي مجالات استخدام الغرافين Graphene
حل السؤال ما هي مجالات استخدام الغرافين
ملخص الدرس الانتقادات الموجهة إلى مادة الغرافين
إنّ استخدام الغرافين في كافة جوانب الحياة اليومية ليس بالأمر البعيد أبداً، ويعود ذلك جزئياً إلى وجود أبحاث في مجال الأنابيب النانوية الكربونية -وهي النسخ الاسطوانية من الغرافين. نُشر عن هذه الأنابيب للمرة الأولى في ورقة علمية عام 1991 وهي تتمتع بخواص فيزيائية عالية الجودة، ومعظمها مشابه للغرافين.
لكن من الأبسط إنتاج صفائح كبيرة من الغرافين بطريقة مشابهة لصناعة السيليكون. وفي الوقت الحالي، بدأت العديد من التطبيقات المتعلقة بالأنابيب النانوية الكربونية بالتكيف مع الغرافين. ونذكر فيما يلي بعض أهم التطبيقات:
أهلا ومرحبا بكم في موقع مدينة الـعـلـم التعليمي يقدم لكم طلاب المملكة العربية السعودية إجابة السؤال الصحيحة والنموذجية وهي إجابة السؤال الذي يقول... ما هي مجالات استخدام الغرافين
إجابة السؤال هي كالتالي
مجالات استخدام الغرافين هي على النحو التالي
الخلايا الشمسية: تعتمد الخلايا الشمسية على أشباه الموصلات (semiconductors) لامتصاص ضوء الشمس. تتكون أشباه الموصلات من عنصر مثل السيليكون الذي يمتلك طبقتين من الالكترونات. في إحدى الطبقتين، تكون الالكترونات هادئة وتبقى في جانب شبه الموصل. وفي الطبقة الأخرى، تستطيع الالكترونات التحرك بحرية، لتشكل تدفق التيار الكهربائي. تعمل الخلايا الشمسية عن طريق نقل الطاقة من جسيمات الضوء إلى الإلكترونات الهادئة، التي تُصبح مثارة وتقفز إلى الطبقة التي تمتلك إلكترونات حرة الحركة، مما يؤدي إلى ظهور تيار كهربائي.
في الواقع طبقات الغرافين المكونة من الإلكترونات هي طبقات متداخلة ، مما يعني أننا بحاجة إلى كمية أقل من الضوء لجعل الإلكترونات تقفز بين الطبقات. و مستقبلياً؛ يُمكن استخدام هذه الخاصية للحصول على خلايا شمسية عالية الفعالية. وسيمكن استعمال الغرافين من الحصول على خلايا أقل سماكة وأخف وزناً بآلاف المرات مقارنةً مع تلك التي تعتمد على السيليكون.
الترانزستورات: تعتمد الرقائق الحاسوبية على مليارات الترانزستورات (transistors) للتحكم بتدفق التيار الكهربائي داخل الدارات. وفي معظم الأحيان يُركز الباحثون على صناعة رقائق أقوى عبر زيادة عدد الترانزستورات داخل تجمعات محددة، ولذلك بإمكان الغرافين جعل الترانزستورات أقل سماكة بكثير.
لكن يُمكن جعل الترانزستورات أكثر قوة عبر تسريع تدفق الإلكترونات داخلها -الجسيمات التي تُكون التيار الكهربائي- ومع وصول العلم إلى حدود مفروضة على مقدار صغر حجم الترانزستورات، يستطيع الغرافين دفع هذه الحدود إما عبر زيادة سرعة الإلكترونات، أو إنقاص حجم تلك الترانزستورات إلى مرتبة بضع ذرات أو أقل.
الشاشات الشفافة: في العادة تكون شاشات كشاشات تلفزيونات البلازما أو الهواتف المحمولة مغطاة بطبقة من مادة تُعرف بأكسيد القصدير"الإنديوم". يسعى المصنعون وبشكلٍ حثيث إلى الحصول على بدائل تُمكنهم من تخفيض التكاليف وتقديم موصلية ومرونة وشفافية أفضل، ويُعد الغرافين أحد تلك الخيارات الناشئة والمتاحة.
هذه المادة غير عاكسة، وتبدو شفافة جداً، كما أن موصليتها تجعل منها ممتازة كغطاء شاشة لمس. ولأن الغرافين قوي جداً ورقيق، يُمكن بالتالي طيّه دون أن ينكسر، مما يجعله مناسب جداً للإلكترونيات القابلة للطي التي ستتوافر قريباً في السوق.
يُمكن أيضاً استخدام الغرافين في حساسات الكاميرا، وفي سلاسل الحمض النووية، وفي الاستشعار بالغازات، وفي تمديد المواد، وأيضاً في مجال تحلية المياه والعديد من التطبيقات الأخرى.
حل سؤال
ما هي الانتقادات الموجهة إلى هذه المادة
الانتقادات الموجهة إلى مادة الغرافين كالتالي
لايزال الغرافين في مرحلة مبكرة جداً مقارنةً مع المواد المطورة مثل السيليكون وITO. ولجعله متكيف بشكلٍ واسع، يجب أن يصبح قابل للإنتاج على نطاقٍ عريض وبكميات ضخمة وبتكاليف مساوية أو أقل مقارنةً مع تلك الخاصة بالمواد الموجودة.
تُشير التقنيات الناشئة لتصنيع الغرافين مثل التدوير (roll-to-roll) والترسيب البخاري (vapor deposit) وغيرها إلى أن ذلك الأمر ممكن، لكنها لا تزال غير جاهزة تماماً وغير مناسب لصناعة شاشة جهاز هاتف محمول. كما أن الباحثون بحاجة إلى الاستمرار في العمل على تحسين شفافية وموصلية الغرافين في شكله التجاري.
في الوقت الذي يُبدي فيه الغرافين مستقبلاً واعداً بالنسبة للترانزستورات، إلا أنه يواجه مشكلة أساسية؛ حيث أنه لا يستطيع إيقاف تدفق التيار الكهربائي، مثل مواد أخرى كالسيليكون، مما يعني ان الكهرباء ستستمر بالتدفق دوماً.
نتيجةً لما سبق، فإنه ليس باستطاعة الغرافين العمل كترانزستور. يستكشف الباحثون اليوم طرقاً من أجل جعله ملائم وجمعه مع مواد أخرى للتغلب على هذه القيود، وتتضمن إحدى التقنيات المستخدمة في ذلك المجال وضع طبقة من نتريد البورون (boron nitride) -مادة أخرى لها سماكة ذرة واحدة- بين طبقتين من الغرافين، حتى يستطيع الترانزستور الناتج عن هذه التوليفة تشغيل وإطفاء التيار الكهربائي، لكن يؤدي الأمر إلى إبطاء سرعة الالكترونات قليلاً، وتقترح طريقة أخرى، إدخال شوائب إلى الغرافين.
قد يكون الوقت مبكر جداً على الحديث عن العديد من تطبيقات الغرافين. ولكن تتضمن تطبيقات أخرى استخدامه لصناعة الألياف الكربونية وبطاريات السيارات، التي تعتمد في الواقع على الكربون والغرافيت على التوالي، وهي مواد غير مكلفة. سيبقى الغرافين مكلفاً على امتداد فترة من الزمن، وقد لا يصبح رخيصاً إلى درجة كافية لإقناع المصنعين باستخدامه.
لم يمضي على العالم أكثر من عقد في استكشاف عالم الغرافين. وفي المقابل، يستمر تطوير السيليكون منذ حوالي 200عام. ومع زيادة سرعة مجال أبحاث الغرافين، قد نعرف في وقتٍ قريب فيما إذا كان الغرافين سيصبح شيئاً أساسياً في الحياة، أم أنه مجرد خطوة أخرى على طريق اكتشاف مادة عجيبة أخرى.
