ثورة تغير صناعة الإلكترونيات والأجهزة الطبية

الجرافين أصلب من الفولاذ وأكثر مرونة من البلاستيك

ستتحول حياتنا إلي أجهزة شفافة لامرئية بالغة الصغر قادرة وسريعة, وستتنوع التطبيقات وستظهر أفكار تطبيقية لم تكن من قبل. ليس ذلك ببعيد وقد بدأت بوادر تحقيق ذلك ممكنة في مراكز الأبحاث والجامعات, وبدأت تطرق أبواب الصناعة عمليا.
كما يتنبأ المهتمون بمستقبل مكسو بالجرافين, تلك المادة الأكثر شفافية والأقسي والأنحف والأكثر توصيلا للكهرباء عن أي مادة أخري في العالم حتي الآن فإن مطوروا التكنولوجيا يعتقدون أن الجرافين سيغير من مستقبل الصناعة وشكل الأجهزة الإلكترونية إلي الأبد. المادة المعجزة للقرن الحادي والعشرين ستحل محل السليكون والذي ساهم لعدة عقود في تطور كم هائل من الأجهزة الإلكترونية, وهي الآمال التي تتصاعد بقوة يوما بعد يوم بعد فوز العالمين البريطانيين من أصل روسي موفوسيلوف واندريه بجائزة نوبل في الفيزياء عام2010 تقديرا لجهودهما في التجارب العلمية الرائدة بعد ان نجحا في تحضير مادة الجرافين لاول مرة.
ولكن إلي أين تتجه تقنية النانو بمساعدة مادة الجرافين؟ وهو السؤال الذي يعكف علي اجابته البروفيسور بول ماكاوين وفريقه البحثي ويتولي منصب مدير معهد كافلي بجامعة كورنيل لعلوم النانو, من أجل تخليق أنابيب الكربون النانوية, ويعتمد تشكيلها علي مادة الجرافين ثنائي الأبعاد والموجود في طبقة واحدة مسطحة من ذرات الكربون المتراصة في شبكة مماثلة لسداسيات خلية النحل. ولك ان تتخيل ان سمك ثلاثة ملايين شريحة من الجرافين فوق بعضها البعض لايتجاوز الملليمتر الواحد فقط, أي إن سمكها يقارب1 من3000000 جزء من الملليمتر.
وفي حديث للبروفيسور ماكاوين لمجلة ديسكفر, يقول إن هذا الكشف يقودنا إلي عالم جديد من المواد لم نكن نتصور وجوده. فكل تصوراتنا عن المادة كانت تفترض كونها ثلاثية الأبعاد أما الآن فنحن ندرك تماما إمكانية وجود مواد ثنائية الأبعاد, بعد ان تمكنا من صناعة مادة ذات طول وعرض وارتفاع بمقدار ذرة واحدة من الكربون فقط. وأول ما يميز مادة الجرافين كونها أكثر صلابة من الألماس اوالفولاذ وأكثر قسوة منه, وفي الوقت نفسه يسهل إعادة تشكيلها كالمطاط. كذلك فهي أفضل توصيلا للكهرباء والحرارة من النحاس. ولذلك يمكن أن تستخدم في تصنيع أشباه الموصلات بدلا من السليكون. كما أنه تتمتع بنسبة شفافية97 %.
وبهذه الميزات سيصبح بالإمكان صناعة دوائر كهربائية بالغة الصغر والسرعة مقارنة بدوائر السليكون. فمن المعروف أن تقليل مسافة انتقال الإشارات الكهربائية والالكترونية, يزيد من سرعة معالجات أشباه الموصلات. وهو مايقدمه الجرافين بما يساهم في تقوية الاشارات الالكترونية ونقلها بسرعات تتجاوز100 ضعف مما نعرف اليوم.
وهو ما نجح فيه فريق من جامعة مانشستر بصناعة ترانزستور من الجرافين ارتفاعه نانومتر واحد وعرضه عشر ذرات كربونية, ويعتقد ان هذا هو أصغر ترانزستور يمكن صناعته في العالم. أما في مجال تخزين المعلومات فقد قدمت جامعة رايس عام2008 ذاكرة صغيرة مكثفة من الجرافين لتخزين معلومات هائلة الحجم حوالي28 جيجا هرتز. ويعتقد الباحثون أن آفاق النانو جرافين واستخداماته لن تكون محصورة علي المعالجات والترانزستورات وحدها بل سوف تمتد لتقنيات الاتصالات والتصوير وشاشات العرض واجهزة الاستشعار والكشف عن الأسلحة, وكذلك الخلايا الشمسية والبطاريات وأجهزة الليزر فائق السرعة. وحتي تصنيع إنسان آلي بالغ الصغر في حجم النانومتر يمكن حقنه في الوريد ليسري في الدم لتوصيل الدواء وإصلاح الخلايا العصبية التالفة في الدماغ.
فوائد الجرافين تتضح من اتجاه أكثر من200 شركة للإنفاق علي دراسات ذات صلة بالمادة, من أجل إنتاج أجهزة أكثر سرعة في الأداء وأكثر مرونة وقابلية للاستعمال. وعلي الصعيد البحثي هناك أكثر من30 الف ورقة علمية حول مادة الجرافين, منها عشرة آلاف فقط العام الماضي. ولكن الملاحظ إن معظمها ركز علي دراسة خصائص الجرافين فيما يتعلق بالتوصيل والكهرباء. وكما يري البروفيسور ماكاوين, إذا التف الباحثون إلي غير هذه الخصائص الكهربائية, فإن هناك موجة جديدة من التطبيقات العلمية للجرافين التي قد تفتح الباب لتكنولوجيات جديدة وغير مسبوقة.