เพียงเมื่อคุณคิดกราฟีนไม่สามารถรับได้น่าประทับใจอีกต่อไปและปี 2559 ก็เป็นทำให้เราประหลาดใจกราฟีนได้ไปและทำให้คนหนึ่งออกจากสวนสาธารณะในช่วงสุดท้ายของปี
การศึกษาใหม่แสดงให้เห็นว่ากราฟีนสามารถทนต่อกระแสไฟได้มากกว่าที่เราคาดไว้ก่อนหน้านี้ และมากกว่าวัสดุทั่วไป ทำให้กราฟีนกลายเป็นองค์ประกอบที่สมบูรณ์แบบสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เร็วเป็นพิเศษแห่งยุคหน้า
“ความหนาแน่นกระแสนั้นสูงกว่าความหนาแน่นที่จะนำไปสู่การทำลายวัตถุภายใต้สถานการณ์ปกติประมาณ 1,000 เท่า”อลิซาเบธ กรูเบอร์ หนึ่งในนักวิจัยกล่าวจากสถาบันฟิสิกส์ประยุกต์ที่ TU Wien ประเทศออสเตรีย
"แต่ด้วยระยะทางและระดับเวลาเหล่านี้ กราฟีนสามารถทนต่อกระแสน้ำที่รุนแรงเช่นนี้ได้โดยไม่เกิดความเสียหายใดๆ"
เพื่อชี้แจงให้ชัดเจนว่าสิ่งที่เรากำลังพูดถึงในที่นี้ไม่ใช่ว่ากราฟีนสามารถนำไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด เมื่อต้นปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ก็สามารถพลิกสถานการณ์ได้แล้ววัสดุให้เป็นตัวนำยิ่งยวดซึ่งสามารถส่งอิเล็กตรอนที่มีความต้านทานเป็นศูนย์ได้
นั่นเป็นเรื่องใหญ่ และเพียงพอสำหรับกราฟีนที่จะคงชื่อ 'วัสดุมหัศจรรย์' ไว้ต่อไปอีกปีหนึ่ง
การศึกษาล่าสุดนี้ไม่ได้พิจารณาถึงประสิทธิภาพของการไหลของอิเล็กตรอน แต่เพียงว่าวัสดุสามารถรองรับกระแสไฟฟ้าได้มากเพียงใด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง จะสามารถจัดการกับอิเล็กตรอนที่ชาร์จผ่านวัสดุได้จำนวนเท่าใดในระยะเวลาอันสั้น
และผลลัพธ์ก็น่าประทับใจ
ในกรณีที่คุณต้องการทบทวนความรู้อย่างรวดเร็วกราฟีนเป็นแผ่นคาร์บอนขัดแตะรังผึ้งหนาหนึ่งอะตอม ซึ่งแสดงคุณสมบัติอันน่าทึ่งในระดับนาโน มันแข็งแกร่งกว่าเหล็ก แข็งกว่าเพชร และยืดหยุ่นอย่างไม่น่าเชื่อ และตอนนี้ดูเหมือนว่าจะสามารถทนต่อความหนาแน่นประจุสูงได้
เพื่อหาคำตอบนี้ นักวิจัยได้ระเบิดประจุบวกซีนอนไอออนที่แผ่นกราฟีน ส่งผลให้อิเล็กตรอนจำนวนมากถูกฉีกออกจากกราฟีนที่พวกมันชนทะลุ
ลองนึกภาพไอออนซีนอนเหล่านี้ฉีกอิเล็กตรอนของกราฟีนออกไปเหมือนกับการขว้างลูกเทนนิสใส่แผ่นฝุ่น
ไอออนซีนอนเพียงตัวเดียวสามารถขโมยอิเล็กตรอนได้มากกว่า 20 ตัวจากพื้นที่เล็กๆ ของฟิล์มกราฟีน ซึ่งอาจฟังดูไม่มากนัก แต่เมื่ออะตอมของคาร์บอนแต่ละตัวมีอิเล็กตรอนในการเริ่มต้นเพียงหกตัวเท่านั้น นั่นถือเป็นเรื่องใหญ่สำหรับความเสถียรของ วัสดุ.
เป็นผลให้อะตอมของคาร์บอนที่อยู่รอบๆ มีประจุเป็นบวกอย่างมาก
ไอออนซีนอนยังเจาะอะตอมคาร์บอนทั้งหมดออกจากแผ่นกราฟีนขณะที่มันผ่านไป แต่สิ่งนี้มีผลกระทบน้อยกว่าการสูญเสียอิเล็กตรอนทั้งหมดเหล่านั้นมาก
ในวัสดุปกติ อิเล็กตรอนจะพยายามแก้ไขความไม่สมดุลอย่างรวดเร็ว แต่ไม่สามารถเกิดขึ้นได้เร็วเพียงพอ ดังนั้นวัสดุจึงเริ่มสลายตัว
“สิ่งที่คุณคาดหวังว่าจะเกิดขึ้นตอนนี้ก็คือการที่ไอออนคาร์บอนที่มีประจุบวกเหล่านี้จะผลักกัน โดยจะลอยออกไปในสิ่งที่เรียกว่าการระเบิดคูลอมบ์ และทำให้เกิดช่องว่างขนาดใหญ่ในวัสดุ”สมาชิกในทีม Richard Wilhelm กล่าวจาก Helmholtz-Centre Dresden-Rossendorf ประเทศเยอรมนี
"แต่น่าประหลาดใจที่ไม่เป็นเช่นนั้น ประจุบวกในกราฟีนจะถูกทำให้เป็นกลางเกือบจะในทันที"
ดังนั้นกราฟีนจึงสามารถเติมอิเล็กตรอนใหม่เข้าไปในรูอิเล็กตรอนที่อ้าปากค้างได้แทบจะในทันที ซึ่งหมายความว่ากราฟีนจะขนส่งกระแสไฟฟ้าที่มีความหนาแน่นสูงอย่างมหาศาลในช่วงเวลาสั้นๆ
และเมื่อเราพูดว่าช่วงเวลาสั้น ๆ เราหมายถึงอย่างนั้น - อิเล็กตรอนใหม่เหล่านั้นพุ่งเข้ามาเพื่อกอบกู้วันในหน่วยเฟมโตวินาที (เสี้ยววินาที)
"การตอบสนองทางอิเล็กทรอนิกส์ของวัสดุต่อการหยุดชะงักที่เกิดจากซีนอนไอออนนั้นรวดเร็วมาก"กรูเบอร์กล่าว
"กระแสน้ำแรงจากบริเวณใกล้เคียงของฟิล์มกราฟีนจะเติมอิเล็กตรอนทันที ก่อนที่การระเบิดจะเกิดจากประจุบวกที่ผลักกัน"
ปริมาณกราฟีนความหนาแน่นกระแสที่ต้องดำเนินการเพื่อให้เกิดขึ้นนั้นสูงกว่าวัสดุปกติทั่วไปประมาณ 1,000 เท่าที่สามารถทนได้
จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมเพื่อให้เข้าใจว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร แต่เป็นข่าวที่น่าเหลือเชื่อสำหรับวิศวกรที่ต้องการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความเร็วเป็นพิเศษในอนาคต เนื่องจากกราฟีนอาจเป็นวัสดุชนิดเดียวที่ทนทานพอที่จะรองรับการไหลของอิเล็กตรอนที่รุนแรงเช่นนี้
"ความหวังก็คือด้วยเหตุนี้เอง จึงจะเป็นไปได้ที่จะใช้กราฟีนเพื่อสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความเร็วเป็นพิเศษ นอกจากนี้ กราฟีนยังปรากฏว่าเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในด้านทัศนศาสตร์ เช่น ในการเชื่อมต่อส่วนประกอบทางแสงและอิเล็กทรอนิกส์"หัวหน้าทีม Fritz Aumayr กล่าว
นั่นจะเป็นกราฟีน นั่นจะเป็นอย่างนั้น
งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ในการสื่อสารธรรมชาติ
