નેનો યુગનો ચમત્કાર, ગ્રેફીન…! – હર્ષદ દવે

{ગ્રેફીન, સંશોધકોએ આજ સુધીમાં ચકાસી જોયેલો આ સહુથી વધારે મજબૂત પદાર્થ માન્યામાં ન આવે તેવી ઘણી બધી ખાસિયતો અને ગુણધર્મો ધરાવે છે, તેના વિશે વિગતે જણાવતો હર્ષદભાઈ દવેનો આજનો લેખ તેની ક્ષમતાઓ અને તેના દ્વારા ભવિષ્યની શક્યતાઓ વિશે વિગતે વાત કહી છે. રીડગુજરાતીને પ્રસ્તુત લેખ મોકલવા અને પ્રસિદ્ધ કરવાની તક આપવા બદલ ખૂબ આભાર તથા શુભકામનાઓ.}

લોઢાના ચણા ચાવવા જેવાં કામને આપણે ઘણું મુશ્કેલ તથા ન થઇ શકે તેવાં નામુમકીન કાર્યને આપણે અંગ્રેજીમાં ઈટ્સ ‘અ હાર્ડ નટ ટુ ક્રેક’ અને ‘ઈમ્પોસિબલ’ કહીએ છીએ. આશ્ચર્યમાં ગરકાવ કરી દે તેવો આ લેખ વાંચ્યા પછી તમે વિચારતા થઇ જશો કે શું આ વાત સાચી હશે? કોરી કલ્પના કરવા કરતાં ચાલો આપણે નેનો યુગના એક ચમત્કાર વિષે જાણીએ.

‘નેનો’ શબ્દનો અર્થ ‘અત્યંત સૂક્ષ્મ’ એકમ એવો કરી શકાય. તો પ્રશ્ન થાય કે કેટલો સૂક્ષ્મ? ચોક્કસપણે કહીએ તો કોઈ એકમનો દસ અબજમો ભાગ! [Nano =One thousand million of a particular unit] હવે પછીનો યુગ નેનો-ટેકનોલોજીનો છે. આ યુગમાં ચમત્કાર જેવું શું છે?

ઇસ્પાત એટલે સ્ટીલ અને લોઢું. તેને મજબૂત માનવામાં આવે છે. પરંતુ તેનાં કરતાં બસો ગણું મજબૂત કાંઇક છે! આપણા વાળ કેટલા પાતળા છે? એ વાળથી દોઢ લાખ ગણું પાતળું પણ કાંઇક છે! જી હા, આ હકીકત છે, કલ્પના નથી. તેને તમારે જેમ વાળવું હોય તેમ આરામથી વાળી શકો. તેની ફિલ્મ (પટ્ટી) એટલી તો પાતળી છે કે પહેલી નજરે તો દેખાય પણ નહીં! તેનો આકાર મધમાખીના મધપૂડામાં જોવા મળતાં ષટકોણ જાળાં જેવો છે. તે એક અણુ જેટલા જાડા કાર્બન એટમ્સનો ઘન પદાર્થ છે. પણ તે છે શું? ચાલો આપણે તે અજાયબ ચમત્કારિક પદાર્થ વિષે જાણીએ. કાળા સીસાને આપણે ગ્રેફાઈટ કહીએ છીએ અને તેમાંથી જ બને છે આ ચમત્કારિક પદાર્થ ગ્રેફીન!

માન્યામાં ન આવે તેવી ઘણી બધી ખાસિયતો અને ગુણધર્મો ધરાવે છે આ ગ્રેફીન. તેનો એક તાર બનાવીએ તો તેથી કોઈ હાથીને વીંટાળીને તેને રોકી શકાય અને તો પણ તાર તૂટે નહીં! આ ગ્રેફીન નું વજન તો બિલકુલ લાગે જ નહીં. તે એકદમ હળવુંફૂલ છે. તેનાં વિષે જેટલું કહીએ એટલું ઓછું છે. તમે જોજો થોડા જ સમયમાં તેનો ઉપયોગ સાઈકલ, ટાઈટેનિક જેવાં શીપ અને ગગનગામી વિમાનો તથા પવનવેગી મોટરગાડીઓ બનાવવામાં થવા લાગશે. આવું થશે ત્યારે એવાં સાધનોની કાર્યશક્તિ, તેની ક્ષમતા અને તેનું ટકાઉપણું અકલ્પનીય હશે. આ તો હજી આ નવો અને અવનવો અદ્ભુત પદાર્થ શું કરી શક્શે તેની શરૂઆત છે…

સંશોધકોએ આજ સુધીમાં ચકાસી જોયેલો આ સહુથી વધારે મજબૂત પદાર્થ છે એટલું જ નહીં ગ્રેફીન આજસુધીમાં માનવીએ શોધેલો સર્વોત્તમ વાહક (કંડકટર) પદાર્થ છે. આઇબીએમ દ્વારા તો ગ્રેફીન આધારિત પ્રોસેસર બનાવી પણ લીધું છે કે જે એક સેકન્ડમાં ૧૦૦ બિલિયન (મહાપદ્મ/અબજ) આવર્તન (સાયકલ) કરી શકે છે. સંશોધકો એવું માને છે કે ભવિષ્યમાં એક ગ્રેફીન ક્રેડીટ કાર્ડ આજના કમ્પ્યૂટર જેટલી માહિતીનો સંગ્રહ કરી શકશે.

તેને વિષે વધારે કહીએ તો…

આ એક એવો પદાર્થ છે કે જે અગાઉ ક્યારેય કોઈ પદાર્થ નથી થયો એવો ક્રાંતિકારી સાબિત થવાનો છે. ટૂંક સમયમાં જ તે પ્લાસ્ટિક, કેવલર અને સીલીકોન ચીપનું મહત્વનું સ્થાન લઇ લેશે. હકીકતમાં આ એક એવી અજાયબ શોધ છે કે જે ઘણાં સમય અગાઉ બે વૈજ્ઞાનિકોએ સફળતાપૂર્વક એક અણુ જેટલો જાડો ગ્રેફીનનો ક્રિસ્ટલ શોધ્યો તેમને બંનેને ૨૦૧૦માં ફિઝિક્સનું નોબેલ પ્રાઈઝ આપવામાં આવ્યું હતું. અને તે યથાર્થ કારણોસર જ આપવામાં આવ્યું હતું!

બે જ વર્ષમાં જુદા જુદા ઔદ્યોગિક ક્ષેત્રોની ૨૦૦ જેટલી કંપનીઓએ ગ્રેફીન ની અનેક જાદુઈ સંભાવનાઓ શોધી કાઢી…

અમેરિકા અને ચીનના વૈજ્ઞાનિકોએ તો ગ્રેફીન-આધારિત સૂક્ષ્મ સંશોધકોનો (પ્રોબ્સનો) ઉપયોગ ગાંઠને પારખવા અને તેને તપાસવા માટે જીવિત ઉંદરો ઉપર પ્રયોગો શરૂ પણ કરી દીધા છે. ગ્રેફીન-આધારિત એવા જ અંશો કેન્સરની ગાંઠમાં પણ વાહકો બની શકે તેમ છે…અથવા તો એવાં અંશો તે કેન્સરની ગાંઠના જંતુયુક્ત કોશોનો સીધેસીધો નાશ પણ કરી શકે!

સીએટલની નોર્થવેસ્ટ યુનિવર્સીટીનાં એન્જીનિયરોએ શોધી કાઢ્યું છે કે વિશિષ્ટ પ્રકારે બનાવેલાં ગ્રેફીન-ઇલેક્ટ્રોડ્સથી લિથીયમ-આયન બેટરી બનાવી શકાય છે – તે તમારા સ્માર્ટ ફોનમાં અથવા ટોયોટા-પ્રાઈયસ ધરાવે છે તેનાં કરતાં ૧૦ ગણી વધારે ઝડપ ધરાવે છે અને ૧૦ ગણી વધારે પાવર-સંગ્રહ ક્ષમતા ધરાવે છે.

૨૦૧૧ માં હ્યુસ્ટનની રાઈસ યુનિવર્સીટીનાં કેમિસ્ટે ગ્રેફીન આધારિત પાતળી ફિલ્મ (પટ્ટી) બનાવી છે અને તેનાથી સરસ રીતે રોલ કરી શકાય તેવો ટચ-સ્ક્રીન બનાવી શકાય છે અને તે ગજબની ટકવાની ક્ષમતા પણ ધરાવતો હોય છે. અને તેને સૌર કોષો કે ગમે તેની આસપાસ વીંટાળી શકાય છે!

સેમસંગે તો કહી જ દીધું છે કે તેઓ તેનાં ટકાઉ ડિસ્પ્લેનું આ વર્ષના અંત સુધીમાં ધમધોકાર ઉત્પાદન શરૂ કરવાના છે અને આવતા પાંચ વર્ષમાં ગ્રેફીન-આધારિત એકાદ ડઝન જેટલા વધારે ઉત્પાદનો પ્રસ્તુત કરવાના છે.

આઇબીએમ, નોકિયા અને એપલ પણ ગ્રેફીન-આધારિત સંભવિત ઉત્પાદનો વિષે ઝડપી સંશોધન કરવા પાછળ આદું ખાઈને પડી ગયા છે.

ટચ સ્ક્રીન…પ્રોસેસર ચિપ્સ…બાહ્ય આવરણ અને બેટરી…બધું જ પીસી (પર્સનલ કમ્પ્યૂટર) અને એચડી ટીવીથી માંડીને ટેબલેટ, મોબાઈલ ફોન અને એ બધાનું સંયોજન ગ્રેફીનનાં મિશ્રણથી કરી શકાશે.

ગ્રેફીન વિશ્વના ઉદ્યોગોની, અર્થતંત્રની અને આપણી જીવનશૈલીની કાયાપલટ કરી નાખશે… જરા આ રોચક કલ્પના તો કરો કે…

વોલપેપર જેટલા પાતળાં એચડી ટીવી, સ્માર્ટ ફોન એટલા તો પાતળા કે આપણી ચામડી સાથે ચોંટી જાય વળી તે એવાં તો સગવડતાવાળા કે તમે તેનું ફીંડલું વાળીને તમારા કાન પાછળ ગોઠવી શકો. ટકાઉ અને મજબૂત એટલાં કે તમે કંટાળીને તેનાં પર હથોડો પછાડો તો પણ તેનો વાળ વાંકો ન થાય!

ગ્રેફીનની સંભાવના અને ક્ષમતા એટલી તો જબરદસ્ત અને વિશાળ છે કે જેની ગણતરી લેટેસ્ટ કમ્પ્યૂટર્સ માટે પણ કરવી મુશ્કેલ છે! આપણાં એવાં વિશ્વની કલ્પના કરો કે જેમાં તમે અને તમારું જીવન સાવ બદલાઈ જાય…

જો તમારો આઈફોન, તમારું કિન્ડલ. અને તમારું લેપટોપ ગ્રેફીનનો ઉપયોગ કરીને બનાવેલી બેટરીથી ચાલે તો તે અત્યારે ધરાવે છે તેનાં કરતાં દસગણી વધારે શક્તિવાળા અને દસ ગણી વધારે ઝડપ ધરાવતા બની જાય! જો એક માત્ર સાદા ઇન્જેક્શનથી જ અથવા ગ્રેફીનથી સક્રિય થયેલી ગોળી ગળવા માત્રથી બ્રેસ્ટ કેન્સર અથવા પ્રોસ્ટેટની ગાંઠો દૂર થઇ શકતી હોય. જો તમારું ઘર દાવાનળનો પણ સામનો કરી શકે તેવું હોય. અને તમારા મકાનની બારીઓ પર એવી પ્રક્રિયા કરવામાં આવી હોય કે તે તમારા ઘરને શિયાળામાં યોગ્યપણે ગરમ અને ઉનાળામાં જોઈએ તેટલું ઠંડું રાખે.

તમે જે કાર ચલાવો છો તે અત્યારે છે તેનાં કરતાં વજનમાં છ ગણી વધારે હળવી અને વીસ ગણી વધારે મજબૂત હોય તો …

ગ્રેફીનની અસર તમને ચકિત કરી દે તેવી છે…

પેટ્રોલ, ડીઝલ અને કેરોસીન જેવાં બળતણની ક્ષમતા છપ્પરફાડ થઇ જશે, લોકો વધારે લાંબુ, સ્વસ્થ-તંદુરસ્ત જીવન જીવશે, ગ્રેફીન નાં ઉપયોગથી બનેલી કાર અને વિમાનો વજનમાં ખૂબ હળવા, વધારે ઝડપી અને વધારે સલામત હશે. વિકાસ અને ઉત્ક્રાંતિમાં આજ સુધી એવાં વિવિધ પ્રકારનાં અને દુનિયામાં કોઈએ ક્યારેય કલ્પના પણ ન કરી હોય તેવાં વીજાણું યંત્રોનું ઉત્પાદન થશે. ખરેખર તો આ ભવિષ્યમાં આવી રહેલા આણ્વિક યુગના અને અતિ અતિ આધુનિક નેનો યુગની એંધાણી માત્ર છે!

આપણું મન માની ન શકે એવા નેનો યુગની શરૂઆત થઇ ચૂકી છે. હવે એવી એવી શોધખોળો થશે કે જેથી આપણે અમુક મહિનાઓમાં કે વર્ષોમાં જ આપણાં ભવિષ્યને નવી નવી રીતે કંડારવું પડશે. તમે નેનો યુગની ટેકનોલોજીના એવાં ઉદયને જોઈ રહ્યા છો કે જેમાં આપણી જિંદગીને ‘૧૦૦’ વર્ષના ગાળામાં જોવામાં નહીં આવે! આ બધી ટેકનોલોજીને લીધે થતાં પરિવર્તનો અને સંશોધનો સમગ્ર વિશ્વની કાયાપલટ કરી નાખશે…એક તદ્દન જુદું જ રૂપાંતરણ થશે. નેનો બેટરી (અત્યંત સૂક્ષ્મ બેટરી) તમારા મોબાઈલને પલક ઝપકતા ચાર્જ કરી નાખશે…અને તે આખા શહેરને વીજળી પણ પૂરી પાડી શક્શે!

એક સ્માર્ટફોનમાં આઇબીએમનાં વોટસન સુપર કમ્પ્યૂટર જેવી ઝડપથી ગણતરી થતી હશે… એવી ક્ષમતા ધરાવતા હશે એ સ્માર્ટફોન! કમ્પ્યૂટિંગ મોબિલીટીનો નવો યુગ! કોઈ નક્કર લંબચોરસ વસ્તુઓ હવે આપણે સાથે રાખવાની જરૂર નહીં રહે કેમ કે ત્યારે એવાં બધાં ઉપકરણો આપણે વાળી શકાય કે પહેરી શકાય તે રીતે લઈને જતાં થઇ ગયા હોઈશું!

હાથમાં લઈને પળભરમાં રોગનું કે શરીરમાં આલ્કોહોલનાં પ્રમાણનું નિદાન કરી શકાય તેવાં સાધનોથી ત્યારે આપણે ટેવાઈ ગયાં હોઈશું! માનવ-સહજ હલનચલન કરી શકે તેવાં કૃત્રિમ માનવ અંગઉપાંગોમાં સુપરમેન જેવી તાકાત હશે!

અવકાશયાન કે રોકેટ એવી ક્ષમતા ધરાવતા હશે કે જે આપણને આપણાં સૌર મંડળની પણ પેલે પાર લઇ જઇ શક્શે અને આપણે ક્યારેય ન જોયા હોય તેવાં વિશ્વો જોવા મળશે અને વણખેડેલી ભોમકાની તપાસ કરી શકશું!

ગ્રેફીનની વ્યાખ્યા આ રીતે આપી શકાય: ‘Graphene is a material discovered by a team out of the University of Manchester in 2004. It is a sheet of carbon atoms bound together with double electron bonds (called a sp2 bond) in a thin film only one atom thick. Atoms in graphene are arranged in a honeycomb-style lattice pattern.’

[“માન્ચેસ્ટરની યુનિવર્સીટીની ટીમ દ્વારા ૨૦૦૪ માં ગ્રેફીન નામના પદાર્થની શોધ કરવામાં આવી હતી. તે એક અણું જેટલી જાડાઈ ધરાવતા સંયુક્ત કાર્બન અણુનું બનેલું શીટ છે અને તેમાં બમણા ઇલેક્ટ્રોન જોડાએલા હોય છે (જેને એસપી૨ કહે છે) તે એક એટમ જેટલી જાડાઈ ધરાવતી પાતળી ફિલ્મ છે. ગ્રેફીનમાં એટમ્સ મધપૂડાની-શૈલી જેવી વ્યવસ્થિત ઝીણી જાળી જેવી ભાત ધરાવે છે.”]

તે ગ્રેફાઈટમાંથી બને છે તેથી તેનું નામ ગ્રેફીન છે. તે અસાધારણ ઇલેક્ટ્રિકલ, મેગ્નેટિક અને અન્ય ઘણાં ગુણધર્મો ધરાવે છે. સંશોધન કરવા તલપાપડ લોકો માટે તે હાથવગો પદાર્થ છે કારણ કે તે રહસ્યમય સંભાવનાઓથી ફાટ ફાટ થતો પદાર્થ છે! શેરમાર્કેટમાં જેમ બ્લ્યૂ ચિપની ડીમાન્ડ તેમ નેનો-ટેકનોલોજી પણ આજકાલ જોરદાર ડીમાન્ડમાં છે! અને ગ્રેફીન નું નામ તેમાં મોખરે છે.

ગ્રેફીન બલૂન, ગ્રેફીન ટ્રાન્ઝીસ્ટર, ગ્રેફીન સુપરસ્પીડ, ગ્રેફીન સુપર કંડકટર, રેટિક્યુલેટ ફોમ્સ, ગ્રેફીન નેનો પાવડર, ગ્રેફીન સિન્થેસીસ…અને એક જ એટમનો ગુણધર્મ ધરાવતા ગ્રેફીન થી કઈ નેનો-ટેકનોલોજીને વંચિત રાખી શકાય?

ગ્રેફીન આર્સેનિક જેવાં કાતિલ વિષને પણ શોષી લે છે.

ગ્રેફીન તેની મુખ્ય પાંચ વિશિષ્ટતાથી દુનિયાનો નકશો બદલી નાખશે તેમ માઈકલ એન્ડ્રોનિકોનું કહેવું છે:
 સાવ હળવો અન નજરે જોઈ પણ ન શકાય તેવો પાતળો પદાર્થ.
 અકલ્પનીય બેટરી લાઈફ…(સ્માર્ટફોનમાં.)
 શરીરમાં નેનો-સ્વરૂપે તેની સક્રિયતા
 સહુથી સસ્તો પદાર્થ – સેમસંગ, નોકિયા, સનડિસ્ક અને આઇબીએમ જેવી ઉપકરણો ઉત્પાદન કરતી કંપનીઓ માટે અને ગ્રાહકો માટે પણ તે પરવડે તેવો પદાર્થ છે!
 તેને રબરની જેમ વાળી શકાય તેવી તરલ,સુનમ્યતા અથવા લવચિકતા કે લચીલાપણું તે ધરાવે છે.

તે એટલા માટે ચમત્કારિક ગણાય છે કે ઉષ્ણતા અને વિજાણુંનું વહન કરવામાં તેની કાર્યક્ષમતા બેજોડ છે! તે દ્વિ પરિમાણીય છે. ગ્રેફીન ને ગ્રેફેન, ગ્રેફિમ, ગ્રેફાઈટ કે ગ્રેફાઈન/ગ્રેફેઈનથી અલગ જ સમજજો. જોજો ક્યાંક એ શબ્દોથી ભોળવાઈ ન જતાં!

પાશેરામાં પહેલાં પૂમડાં (પુણી નહીં!) તરીકે આટલું જાણવું પૂરતું છે. પરંતુ આટલી ન માનવામાં આવે તેવી વાતોમાં છેલ્લે એટલું જાણી લો કે બેન્જામીન કોલિન્સ બ્રોડીએ ૧૮૫૯માં એટમ્સનાં સિદ્ધાંતોનો વિરોધ કરી પોતાનાં વિચારો દર્શાવ્યા હતા અને તેને જ ગ્રેફાઈટના ગુણધર્મોની સહુ પહેલાં જાણ થઇ હતી. ૧૯૧૬માં ગ્રેફાઈટના બંધારણો ઉકેલ મળ્યો હતો. પરંતુ નોબેલ પ્રાઈઝ તો તેનાં બે સંશોધકોને છેક ૨૦૦૪ માં મળ્યું હતું.

અંતે તો હું એટલું જ કહીશ કે ‘ગોડ ઇઝ ગ્રેટ એન્ડ ગ્રેફીન ઇઝ ગ્રેટ!’

– હર્ષદ દવે


Email This Article Email This Article · Print This Article Print This Article ·  Save article As PDF ·   Subscribe ReadGujarati

  « Previous દાંપત્યજીવનનો ઉત્તરાર્ધ – જયવતી કાજી
શક્યતાની ક્ષિતિજ – હરેશ ધોળકિયા Next »   

8 પ્રતિભાવો : નેનો યુગનો ચમત્કાર, ગ્રેફીન…! – હર્ષદ દવે

  1. Alok Patel says:

    Very nice

  2. Ramesh Patel says:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Graphene
    This describes in detail all facts and technical data for this material Graphene

  3. Mukesh Kalaria says:

    બહુજ સરસ માહિતિસભર લેખ. આભાર.

  4. Hitesh Dave says:

    ચમત્ક્રુતિ….સરસ્…..Nicely put…understandable for non-technical readers as well

  5. Patel Nilesh says:

    સ્ર્ર્ર્ર્ર્ર્સ

  6. માહિતીસભર લેખ……. આભાર..

  7. ભરત કાપડીઆ says:

    અત્યંત ઉપયોગી નવીન માહિતી રસાળ શૈલીમાં આપી છે. અઘરા વિષયને સરળ બાનીમાં પેશ કરવા બદલ અભિનંદન.

  8. pjpandya says:

    બહુ સરસ લેખ્

આપનો પ્રતિભાવ :

Name : (required)
Email : (required)
Website : (optional)
Comment :