ග්‍රැෆීන් (graphene) කියන වචනය ඔබත් අහලා ඇති. කාබන් පරමාණු එකතු වී හැදුණු මේ අමුතුම අමුද්‍රව්‍යය ගැන විද්‍යාත්මක ජර්නල්වල කාලයක් පුරා ලොකුවට කතා බහ කෙරෙනවා.

මුල්වරට ග්‍රැෆීන් වෙන්කිරීමට සමත් වූ කොන්ස්ටන්ටින් නොවොසෙලෙව් සහ ඔන්ඩ්‍රේ ගෙයිම් (wikimedia.org)

ඔන්ඩ්‍රේ ගෙයිම් (Andre Geim) සහ කොන්ස්ටන්ටින් නොවොසෙලෙව් (Konstantin Novoselov) තමයි 2004 දී ග්‍රැෆීන් ස්ථරයක් සැබෑවටම වෙන් කරගන්න සමත් වූ මුල්ම පුද්ගලයන් වුණේ. මේ සම්බන්ධ පර්යේෂණ වෙනුවෙන් 2010 භෞතික විද්‍යා නොබෙල් සම්මානය පවා ඔවුන්ට පිරිනැමුණේ ග්‍රැෆීන්හි වැදගත්කම නිසාම යි.

අද වන විට ග්‍රැෆීන් නිෂ්පාදනය අපහසු වීම එය මහා පරිමාණයෙන් යොදාගන්න බාධාවක් වෙලා. නමුත් ශ්‍රී ලාංකීය මිනිරන් නිසා ඒ ගැන අලුත් බලාපොරොත්තුවක් තබාගන්න පුළුවන් බව යි පෙනෙන්නේ.

ග්‍රැෆීන් කියන්නේ මොකක්ද?

ග්‍රැෆීන් කාබන්වලින් පමණක් හැදුණු බොහෝ ව්‍යුහවල මූලික සැකසුම් ඒකකයක්. විශේෂයෙන්ම මිනිරන්වල ප්‍රධානතම තැනුම් ඒකකය ග්‍රැෆීන් කියලා සලකන්න පුළුවන්. එකිනෙකට බැඳුණු කාබන් පරමාණු ඉතා විශාල සංඛ්‍යාවකින් යුත් පැතලි ස්ථරයක් තමයි ග්‍රැෆීන් කියලා හඳුන්වන්නේ. මෙය ඇත්තටම කාබන් පරමාණු තනි ස්ථරයකින් හැදුණු ද්වීමාන ව්‍යුහයක්. දිගක් සහ පළලක් තිබුණත් එයට ගැඹුරක් නැහැ කියලයි සලකන්න වෙන්නේ.

ග්‍රැෆීන්වල කාබන් පරමාණු සැකැස්මේ ආකෘතියක් (Wikipedia.org)

කාබන් පරමාණුවේ සැකැස්ම අනුව හැම කාබන් පරමාණුවක්ම තවත් කාබන් පරමාණු තුනක් එක්ක බැඳුණාම එමඟින් ෂඩස්‍ර හැඩයක් සහිත ව්‍යුහයන් ගණනාවක් සහිත පැතලි ස්ථරයක් ගොඩ නැගෙනවා. මෙය පෙනුමෙන් වඩාත්ම සමාන වෙන්නේ මී වදයක කුහර තිබෙන ආකාරයට යි. කම්බි වැටක්, එහෙමත් නැතිනම් පාපන්දු ගෝල් එකක නෙට් එකක් වගේ සම්පූර්ණයෙන්ම විනිවිද පෙනෙනවා. ඒ වගේම හැම කාබන් පරමාණුවකම තියෙන ඉතිරි ඉලෙක්ට්‍රෝනය වළාවක් විදිහට ඒවා මතුපිට පවතිනවා. මෙන්න මේ ලක්ෂණ නිසා තමයි ග්‍රැෆීන්වලට ඇහුවාම පුදුමත් හිතෙන ගුණාංග ගණනාවක් ලැබෙන්නේ.

මිනිරන් කුට්ටියකින් තුනී ස්ථරයක් ඉවත් කර ගැනීමෙන් ග්‍රැෆීන් ලබාගන්න හැකියාව තිබෙනවා. මෙහි දී ජනප්‍රියම වගේම පහසුම ක්‍රමය වෙන්නේ ඇලෙන සුළු ටේප් එකක් (උදා : සෙලෝ ටේප් එකක්) විශාල, පැතලි ග්‍රැෆීන් කුට්ටියක අලවා එය ගලවා ගැනීමේ ක්‍රමය යි. විවිධ රසායනිකවලින් ටේප් පටිය දිය කර දමා ග්‍රැෆීන් කොටස් වෙන් කරගන්න පුළුවන්.

ග්‍රැෆීන්වල පුදුම හිතෙන ගුණ

ග්‍රැෆීන් කියන්නේ ද්වීමාන ව්‍යුහයක් නිසා එහි සාමාන්‍ය ත්‍රිමාණ අමුද්‍රව්‍යයක දකින්න ඉතා අපහසු ගුණාංග බොහොමයක් දැකගන්න පුළුවන්. විශේෂයෙන්ම ශක්තිමත් බව, විදුලි සන්නායකතාව, තාප සන්නායකතාව සහ ඇදෙනසුළු බව ආදියෙන් ග්‍රැෆීන්වලට කිට්ටු වෙන්නවත් පුළුවන් වෙනත් කිසිම දෙයක් නැහැ. මේ සියලුම ලක්ෂණ තිබුණත් ග්‍රැෆීන් අතිශයින්ම සැහැල්ලු වීම එහි තවත් සුවිශේෂී දෙයක්.

යකඩ කුට්ටියක් තරම්ම ශක්තිමත්ව ග්‍රැෆීන්වලින් සෑදූ ජෙල් කුට්ටියක් ඉතාම සැහැල්ලු යි! (ytimg.com)

ග්‍රැෆීන් ස්ථරයකට ගැඹුරක් නැහැ කියලා සැලකුණත් ස්ථර දෙකක් එකමත එක තිබ්බොත් ඒවා අතර පවතින ඉලෙක්ට්‍රෝන වළාවන් නිසා ඒවා පවතින්නේ සුළු දුරකින් යුතුව යි. මේ නිසා ග්‍රැෆීන් ස්ථර විශාල ගණනක් තිබෙන කඩදාසියක් වගේ යම් ඝනකමක් ඇති ව්‍යුහ සකසා ගන්න පුළුවන්. සැබෑ ලෝකයට වැදගත් වෙන්නේ ඇසින් දකින්න පුළුවන් මේ වගේ ග්‍රැෆීන් ව්‍යුහ යි.

ශක්තිමත් බව

කාබන් කාබන් අතර බන්ධනවල ශක්තිමත් බව නිසා ග්‍රැෆීන් ස්ථර ගණනාවක් එකතු කරලා හදන පැතලි ස්ථරයක ශක්තිය හිතන්නත් බැරි තරම්. සෙලෝෆේන් එකක ඝනකම ඇති ග්‍රැෆීන් ස්ථරයක් පැන්සල් තුඩක් තරම් උල් යමකින් සිදුරු කරන්න නම් ඒ මත අලියෙකුගේ බරට සමාන බලයක් යොදන්න අවශ්‍ය යි! විශ්වාස කරන්න අපහසු වුණත් කාබන් බන්ධන අතර බලය ගණනය කරලා බැලුවාම එය ඇත්ත බව අපිටම වුණත් සොයාගන්න පුළුවන්.

taringa.net

තාප සන්නායකතාව

සාමාන්‍යයෙන් අපි දන්නා විදිහට තාපය සන්නයනය කරන හොඳම දේවල් තමයි ලෝහ. ඇලුමිනියම්, තඹ ආදියෙන් තාපය හොඳින් ගලා යන්න අවශ්‍ය දේවල් (රේඩියේටර්, ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගවල සිසිලන පද්ධති) නිර්මාණය කරන්නේ ඒ නිසා යි. කොහොම නමුත් දැනට හොඳම තාප සන්නායකය ලෙස සැලකෙන්නේ දියමන්ති. තඹ වගේ පස් ගුණයක පමණ ඉහළ තාප සන්නායකතාවක් දියමන්ති සතු යි. කොහොම නමුත් ග්‍රැෆීන්වල තාප සන්නායකතාව දියමන්ති වගේ කිහිප ගුණයක් විය හැකි බව පැවසෙනවා. ග්‍රැෆීන් නිෂ්පාදනය දියමන්ති කැණීම හෝ සංස්ලේෂණය වගේ මිල අධික නැති වීම මෙහි දී ප්‍රධාන යි.

විද්‍යුත් සන්නායකතාව

සාමාන්‍යයෙන් ලෝහ තමයි විදුලි සන්නායකතාවය අතිනුත් ඉදිරියෙන්ම ඉන්නේ. සියලුම විදුලි වයර තඹ කම්බි භාවිතයෙන් නිර්මාණය කිරීම අතීතයේ සිටම සිදුවෙන්නේ මේ නිසා යි. රිදීවල විදුලි සන්නායකතාව තඹවලට වඩා ඉහළ අගයක් ගත්තත් අධික මිල නිසාම එය භාවිත වන්නේ නැහැ. කොහොම නමුත් ග්‍රැෆීන්වල විදුලි සන්නායකතාව රිදී වගේ කිහිප ගුණයක් වන බව යි කියවෙන්නේ. ග්‍රැෆීන් රිදීවලට වඩා අඩු මිලකින් නිෂ්පාදනය කරන්නත් පුළුවන් වෙන්න ඉඩ තියෙන එක මෙහි දී ඉතාම වැදගත්.

ග්‍රැෆීන්වල යෙදීම්

කලින් පරිච්ඡේදයේ කියලා තිබෙන ග්‍රැෆීන් සතු පුදුමාකාර ගුණ ගැන සැලකුවාම මෙය යොදාගෙන කරන්න පුළුවන් දේවල් හිතාගන්න බැරි තරම්. ඒ අතරින් නිතරම කියවෙන ප්‍රධානතම දේවල් කිහිපයක් ගැන පහතින් දැක්වෙනවා.

අඩු වියදමෙන් අභ්‍යවකාශයට යන්න සමත් විදුලි සෝපානයක් හදන්න සමහර විට ග්‍රැෆීන් නිසා හැකි වේවි. (gizmodo.com)

ග්‍රැෆීන් එතීමෙන් සාදන කාබන් නැනෝ ටියුබ නිසා ඉදිකිරීම් ක්ෂේත්‍රයේ සුවිසල් වෙනස්කම් සිදුවෙන්න නියමිත යි. අතිවිශාල එල්ලෙන පාලම් වගේ දේවල් අද තිබෙන සද්දන්ත කේබල් වෙනුවට නූල් තරම් කුඩා රැහැන් භාවිතයෙන් හදන්න පුළුවන් වේවි. ඉතා උසට ගොඩනැගිලි හැදීමේ දී ගොඩනැගිල්ලේ බර ගැටළුවක් වෙන ප්‍රශ්නයත් ග්‍රැෆීන් සහ කාබන් නැනෝ ටියුබ නිසා දුරුවෙනවා. අභ්‍යවකාශයට ගමන් කළ හැකි විදුලි සෝපානයක් හදන්න තරම් සැහැල්ලු බවක් සහ ශක්තියක් මේවා සතු යි! ඒ විතරක් නෙවෙයි, ඉතාම තුනී සහ සැහැල්ලු වෙඩි නොවදින ඇඳුම්, සැහැල්ලු එහෙත් ශක්තිමත් වාහන, බෝට්ටු, ගුවන් යානා බඳවල්, ටයර, එන්ජින් වගේම ගෘහ භාණ්ඩ, ක්‍රීඩා උපකරණ, විදුලි උපකරණ මේ ඕනෑම දෙයක් නිපදවන්න ග්‍රැෆීන් උදව් වේවි.

ඒ විතරක් නෙවෙයි, ඉතාම ප්‍රබල, පහසුවෙන් සිසිල් කරන්න පුළුවන් පරිගණක චිප, අතිශය වේගවත් පරිපථ, ඉතාම ඉහළ ධාරිතාවන් සහිත මෙමරි චිප්, ධාරිතාව ඉතා ඉහළ බැටරි වගේ යෙදීම් ගණනාවක් ග්‍රැෆීන්වල විදුලි සන්නායකතාව සහ තාප සන්නායකතාව නිසාත්, පහසුවෙන් චුම්භක ගුණ ලබාදෙන්න හැකි නිසාත් නිර්මාණය කරන්න පුළුවන් වේවි.

ග්‍රැෆීන්වලින් හැදුණු දේවල් සුලභ නැත්තේ ඇයි?

ග්‍රැෆීන් යොදාගන්නා ලිතියම් අයන බැටරි ධාරිතාව කිහිප ගුණයකින් වැඩිවෙන්න වගේම ඉතාම වේගයෙන් ආරෝපණය කරන්නත් පුළුවන් වේවි (ytimg.com)

මේ වගේ ග්‍රැෆීන්වල යෙදීම් ගැන 2004 ඉඳන් දැන් අවුරුදු 14ක් තිස්සේම පුරෝකථනය කෙරුණත් ඇත්තටම ඒවා කිසිවක් සැබෑ වෙලා නැත්තේ ඇයි කියලා ගැටලුවක් තියෙනවා. මේකට ප්‍රධානම හේතුව ග්‍රැෆීන් මහා පරිමාණයෙන් නිපදවන්න හරිම අපහසු එක. මේ නිසාම එහි සැබෑ වියදමත් ඉතාම අධික යි. මේ ගැටලුව නිසා ග්‍රැෆීන්වල මහා පරිමාණ යෙදීම් ටිකෙන් ටික කල් යමින් තිබෙනවා. නමුත් ඉතාම පිරිසිදු ශ්‍රී ලාංකීය මිනිරන් ග්‍රැෆීන් නිපදවන්න හොඳම මූලාශ්‍රයක් වෙන්න හොඳ ඉඩකඩක් තිබෙනවා.

ග්‍රැෆීන්වලට සමානව මීට කාලයකට පෙර ලෝකය පුදුම කරපු දෙයක් තමයි ප්ලාස්ටික්. ඒ දවස්වල ලීවලින්, ලෝහවලින් හදපු බොහෝ දේ අද වෙනකොට ප්ලාස්ටික්වලට මාරුවෙලා නේද? මීට දශක කිහිපයකට කලින් ප්ලාස්ටික්වල තිබුණු අපූරු ප්‍රයෝජන ගැන ප්‍රසිද්ධ වීමත් එක්කම අද ග්‍රැෆීන් නිසා ඇති වෙන්න යනවා කියන වෙනස වගේම පුදුමාකාර දේවල් ගැන නිතරම කතා බහ කෙරුණා. දැන් ඒවා සේරම අපිට සාමාන්‍ය දේවල් වෙලා.

මේ නිසා තව ටික කාලයක් බලාගෙන ඉන්න සිදුවුණත්, කවදා හරි ග්‍රැෆීන් සැබෑ ලෝකයේ නිෂ්පාදනවලට යොදා ගැනුණාට පස්සේ ඒකත් හරිම සාමාන්‍ය දෙයක් බවට පත්වේවි. ඒ වගේම අපේ රටේ තිබෙන මිනිරන් සම්පතෙන් නිසි ප්‍රයෝජනයක් ගත්තොත් ග්‍රැෆීන් පෙරළියේ ඉදිරියෙන්ම ඉන්නත්, ලොකු ආර්ථික වාසියක් ලබාගන්නත් ශ්‍රී ලංකාවටත් බැරි වෙන එකක් නැහැ!

කවරයේ රූපය : gizmodo.com