ગ્રેફાઇટમાંથી ગ્રેફીન શોધનારાને નોબલ પરિતોષિક – કિશોર પંડ્યા

કાર્બન સર્વવ્યાપી તત્વ હોવા ઉપરાંત તેના વિવિધ સ્વરૂપોને લીધે દિવસે દિવસે પોતાનું મહત્વ વધારતું રહે છે. હીરો અને ગ્રેફાઇટ ખૂબ જાણીતા રૂપો હોવા ઉપરાંત કીમતી પણ બની ચૂક્યા છે ત્યારે કાર્બનનું એક વધારે સ્વરૂપ ફુલેરીન પોતાની ઉપયોગિતા પૂરવાર કરી રહ્યું છે. આમાં હવે કાર્બન અને ખાસ કરીને ગ્રેફાઇટ ઉપર સંશોધન થતાં એક વધારે ઉપયોગી પદાર્થ ગ્રેફીન અંગે વિજ્ઞાનીઓ આશાવાદી બન્યા છે.

છેલ્લા કેટલાંક વર્ષથી આ જાદુઈ પદાર્થ સમાચારોમાં ચમકતો રહ્યો છે. આ પદાર્થનો ખરો જાદુ એ છે કે તેને શોધનારા વિજ્ઞાનીઓને નોબલ પુરસ્કાર આપવામાં આવ્યો છે. બ્રિટનના માનચેસ્ટર વિશ્વવિદ્યાલયના આન્દ્રે જિમ તથા કાન્સ્ટેંટિન નોવોસેલોવને ગ્રેફિનની શોધ કરવા માટે વર્ષ ૨૦૧૦નું ભૌતિકશાસ્ત્ર વિષયનું નોબલ પારિતોષિક જાહેર થયું. આ બંને વિજ્ઞાનીઓનો જન્મ રશિયામાં થયો અને તેમણે કામ નેધરલેંડમાં કર્યું. આ બંને ગુરુ-શિષ્યોમાં નોવોસેલોવે પોતાના ગુરુ જિમની રાહબરી હેઠળ પીએચ.ડી.નું કાર્ય કર્યું. સમય જતાં બંને માનચેસ્ટર યુનિવર્સિટીમાં ભૌતિકશાસ્ત્ર વિષયમાં સંશોધન માટે સારી સુવિધા હોવાથી આવી ગયા. અહી એ પણ નોધવું જોઈએ કે ૧૯૭૩ પછી નોબલ પુરસ્કાર મેળવનારાઓની યાદીમાં નોવોસેલાવ સૌથી યુવા વિજ્ઞાની છે.

કુદરતમાં સૌથી વિપૂલ પ્રમાણમાં મળતા તત્વ કાર્બનનું જ એક સ્વરૂપ ગ્રેફીન છે. દરેક સજીવ માટે કાર્બન પાયાનો પદાર્થ છે. પૃથ્વી પરનું જીવન કાર્બનને લીધે જ છે. માત્ર સજીવની ઉત્પતિ જ નહીં પરંતુ તેની દેહધાર્મિક ક્રિયાઓ પણ કાર્બનને લીધે જ શક્ય બને છે. સજીવના શરીરમાંથી દરેક ઉચ્છશ્વાસ સાથે બહાર નીકળતો કાર્બન ડાયોકસાઈડ જીવનનો દોરીસંચાર કરનારો છે. વનસ્પતિ અને સમુદ્રનાં પાણી તેનું શોષણ કરે છે. વનસ્પતિ કાર્બન ડાયોક્સાઈડને બદલે ઓક્સિજન પર્યાવરણને આપે છે.

ગ્રેફિનના સંશોધનની કથા સામાન્ય માનવીને પણ વાંચવી ગમે તેવી છે. ૨૦૦૪ની સાલમાં આ બંને વિજ્ઞાનીઓ ગ્રેફાઇટની સાથે ટેપ ચોંટાડીને એના પાતળા સ્તરને છૂટા પાડતા હતા. આ કામ
માટે તેઓ વારંવાર ગ્રેફાઇટની ઉપર ટેપ ચોંટાડતા હતા અને તેના પાતળાં સ્તર મેળવતાં હતા. આ કાર્ય દરમિયાન એમને કેટલાક એવા સ્તર મળ્યાં કે જે કદમાં એક પરમાણુ જેવા લાગતાં હતા. એમણે અભ્યાસ શરૂ કર્યો, તો જાણવા મળ્યું કે આ પાતળાં સ્તરમાં જે એકદમ નાના છે તેના ગુણધર્મો વિશિષ્ટ પ્રકારના છે. તે ખેંચી શકાય તેવા; લગભગ પારદર્શક કહી શકાય એવા અને મજબૂતાઈમાં લોખંડને પણ હંફાવે તેવા છે. ઈલેક્ટ્રોનિક ચીજ-વસ્તુઓ બનાવવા માટે તે અતિ ઉપયોગી પણ બની શકે.

ગ્રેફિન એ કાર્બન પરમાણુઓનું બનેલું એક સ્તર છે કે જે બિલકુલ સપાટ છે. તેનો દેખાવ મધપૂડા જેવો છે. રાસાયણિક ગુણધર્મોની દૃષ્ટિએ તે એકદમ સરળ કહી શકાય તેવું છે. મજબૂતાઈની દૃષ્ટિએ જોઈએ તો તે અત્યંત મજબૂત છે. ગ્રેફિન સ્ટીલ કરતાં 200 ગણું વધારે મજબૂત; હીરા કરતાં વધારે સખત અને તાંબા કરતાં વધારે વિદ્યુતવાહકતા ધરાવે છે.

આપણે જાણીએ છીએ કે કાર્બનના ત્રણ રૂપો મળી આવે છે. હીરો, ગ્રેફાઇટ અને ફુલેરીન. આમાં હીરાને સૌથી સખત સ્વરૂપ છે. ગ્રેફાઇટ નરમ અને વિદ્યુત સુવાહક છે. પેન્સિલની અણી ગ્રેફાઇટની બનેલી હોય છે. જ્યારે કાગળ પર પેન્સિલથી લખીએ છીએ ત્યારે ગ્રેફાઇટના સ્તર એક પછી એક કાગળ પર ઉતરતા જાય છે. આમાં કાર્બનના હજારો પરમાણુ રહેલા હોય છે. પણ જો એક જ પરમાણુવાળું ગ્રેફાઇટનું સ્તર મળે તો તે ગ્રેફિન હોય છે. આ સ્તર એક બીજા પર સરકી સકતા હોવાથી ગ્રેફાઇટનો ઉપયોગ ઊંજણ તરીકે થાય છે. હીરો અને ગ્રેફાઇટ વિષે આપણે વર્ષોથી જાણતા હતા. 1885માં કાર્બનના ફૂટબોલ જેવા આકારના ફૂલેરીનની શોધ થઈ. નેવુના દશકાની શરૂઆતમાં વિજ્ઞાનીઓને કાર્બનના કણોની બનેલી નલિકાઓ વિષે જાણ થઈ. આ કાર્બનની નેનોટ્યુબ તરીકે ઓળખાતી રચના છે.

ગ્રેફિન તૈયાર કરવા માટે ટેક્સાસ યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસર રોડની રોફે રસાયણિક પધ્ધતિ વિકસાવી છે. આ પધ્ધતીમાં મિથેન અને હાઈડ્રોજન વાયુને ૧૦૪૦ ડિગ્રી સેન્ટિગ્રેડ તાપમાને તાંબાની પ્લેટ પરથી પસાર કરવામાં આવે છે. આમ ગ્રેફિનના પાતળા સ્તર મેળવવામાં આવે છે.

ગ્રેફિન એક પરમાણુમાંથી બનતી ચાદર જેવી રચના છે. ગ્રેફિન એવું નામ પણ ગ્રેફાઇટ પરથી જ આપવામાં આવ્યું છે. બીજી રીતે કહીએ તો ગ્રેફિનના ઉપરા ઉપરી સ્તર કરતાં જઈએ તો ગ્રેફાઇટની રચના થાય. એક મિલિમિટરની ગ્રેફાઇટના સ્તરમાં લગભગ ત્રીસ લાખ જેટલાં ગ્રેફિનના સ્તર રહેલા હોય છે. ગ્રેફિનની ગણના અર્ધધાતુ અને અર્ધવાહકમાં થાય છે. આ ગ્રેફિનને પરિણામે ઈલેકટ્રોનિકના ક્ષેત્રમાં અનેક પ્રકારની શોધ થવાની શક્યતા વધી ગઈ છે. કોમ્પ્યુટરમાં ઉપયોગમાં લેવામાં આવતી સિલિકોન ચિપ્સની ક્ષમતા આજે એની ચરમ સીમાએ પહોંચી છે. એટલે એનો ઉપયોગ કરીને ઝડપ વધારવાની શક્યતા બહુ ઓછી રહી છે.

ઈલેક્ટ્રોનિક ઉપકરણો તૈયાર કરતી વખતે તેનું કદ ઘટાડવાના ;ઝડપ વધારવાના અને કિમત ઓછી કરવા અંગેના સંશોધનો સતત થતાં રહે છે. એટલે ગ્રેફિનની શોધને લીધે ઈલેક્ટ્રોનિક સંશોધનો માટેના અનેક માર્ગ સામે આવવા લાગ્યા છે. ગ્રેફિનના ઈલેક્ટ્રોનની ઝડપ સિલિકોનની સરખામણીમાં સોથી હજાર ગણી વધારે છે. આથી ભવિષ્યમાં બનનારા કોમ્પ્યુટર અનેક ગણી વધારે ઝડપ અને વધારે ક્ષમતા ધરાવતા હશે. એવું મનાય છે કે ગ્રેફિનના લીધે કોમ્પ્યુટર ઉદ્યોગ અનેક ગણી પ્રગતિ કરનારો બની રહેશે. કોમ્પ્યુટરનું કદ નાનું થશે અને તેની ક્ષમતા અનેકગણી વધી જશે. ગ્રેફિનને લીધે ઝડપ વધવા સાથે તે ઊંચા તાપમાને પણ કામ કરનારા સાધનોનું નિર્માણ કરી શકાશે.

સૌરકોષો, ટચ સ્ક્રીન, તથા ઝળહળતી રોશની માટે ગ્રેફિન વિશેષ ઉપયોગી પૂરવાર થશે. ઉપગ્રહો, હવાઈ જહાજ તથા મોટરકારમાં ગ્રેફીનમાંથી તૈયાર કરેલા સાધનો ઉપયોગમાં લઈ શકાશે. સિલિકોન ચિપ્સ કરતાં અનેક ગણી પાતળી ચિપ્સ ગ્રેફીનમાથી બનાવી શકાશે. ગ્રેફિન આધારિત સેન્સરનો ઉપયોગ કરીને માલ-સામાનમાં સંતાડેલા વિસ્ફોટક પદાર્થો શોધી શકાશે. આથી જાહેર પરિવહનની જગ્યાઓ જેવી કે એરપોર્ટ; રેલ્વે સ્ટેશન; બસ સ્ટેશન વગેરેની સલામતિ સારી રીતે જાળવી શકાશે.

અમેરિકાના કોલમ્બિયા વિશ્વ વિદ્યાલયના વિજ્ઞાનીઓએ સૌધ્દ્ધાંતિક અને યાંત્રિક પ્રયોગોની મદદથી સાબિત કરી આપ્યું કે ગ્રેફિન દુનિયાનો સૌથી મજબૂત પદાર્થ છે. તેમના જણાવ્યા પ્રમાણે પ્લાસ્ટિકના આવરણ જેટલી ગ્રેફિનની ચાદર કાર ઊંચકી શકે છે. અન્ય પદાર્થો સાથે ગ્રેફિન મેળવીને આની મજબૂતાઈનો ઉપયોગ થઈ શકે છે. પરિણામે નવા પદાર્થો મજબૂત અને વજનમાં હળવા બની શકે. વિમાનથી માંડીને રમત-ગમતના સાધનો બનાવવા માટે પણ આવા પદાર્થોનો ઉપયોગ થઈ શકે. ઓછા વજનવાળા વિમાનો બનાવવાથી બળતણની પણ બચત થઈ શકેછે.
ગ્રેફિનના બીજા ઉપયોગો વિષેની પણ શક્યતાઓ જણાઈ રહી છે. ટેક્સાસ વિશ્વ વિદ્યાલયમાં ગ્રેફિનનો ઉપયોગ કરીને તૈયાર કરવામાં આવેલા અલ્ટ્રા કેપેસીટરની મદદથી વિદ્યુત સંગ્રહ તથા વિતરણ કરવામાં આવે છે. આ કેપેસીટરની ક્ષમતા બીજા કેપેસીટર કરતાં બમણી જણાઈ છે. આના ઉપયોગથી થોડા સમયમાં વધારે વિદ્યુતનો સંચય થઈ શકે છે. એટલે હવે એક શક્યતા એ પણ આવી કે ગ્રેફિનનો ઉપયોગ બેટરીની ક્ષમતા વધારવા માટે અને તેની આવરદા વધારવા માટે પણ થઈ શકશે. સૌરકોષો અને એલ.ઇ.ડી.ની ક્ષમતા વધારવા તથા ટચસ્ક્રિન, ફોટો ડિટેક્ટર અને અલ્ટ્રા ફા આજકાલ ઈલેક્ટ્રોનિક વસ્તુઓમાં પ્લેટિનમ, ઇરિડિયમ જેવી મોંઘી ધાતુઓ વપરાય છે, આ મોંઘી ધાતુઓનો વિકલ્પ મળવાથી ઈલેક્ટ્રોનિક સાધનોની કિમતમાં પણ નોધપાત્ર ઘટાડો થશે.

દિવસે દિવસે કાર્બનના સ્વરૂપોના નવા નવા ઉપયોગો સામે આવતા જાય છે ત્યારે સમગ્ર સૃષ્ટિ કાર્બન સ્ટ લેઝર તૈયાર કરવામાં પણ ગ્રેફિન મહત્વનુ યોગદાન આપનારું પૂરવાર થશે.
આધારિત હોવાનો સંપૂર્ણ અહેસાસ થાય છે. દરેક સજીવનો આધાર કાર્બન છે અને તે દરેક સજીવના બંધારણમાં સમાયેલો છે.

– કિશોર પંડ્યા

A-૧૦૧, નિર્મલ રેસિડન્સી, જીવરાજપાર્ક, વેજલપુર, અમદાવાદ. વોટ્સએપ ૯૮૨૫૭૫૯૬૬૬


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

  « Previous સેકન્ડ ચાન્સ – ચિંતન આચાર્ય
સુખનું સાચું સરનામુ આ રહ્યું.. – હિતેશ રાઠોડ Next »   

1 પ્રતિભાવ : ગ્રેફાઇટમાંથી ગ્રેફીન શોધનારાને નોબલ પરિતોષિક – કિશોર પંડ્યા

  1. બહુ જ સરસ માહિતી. ગમી.

આપનો પ્રતિભાવ :

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

       

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.