جعل الجرافين يعمل في أجهزة العالم الحقيقي
يتمتع الجرافين بخصائص فريدة ومتميزة تجعله معدنًا ذا إمكانات هائلة في إنتاج أجهزة تكنولوجية مختلفة، وتشمل هذه الخصائص النحافة الشديدة والتوصيل الكهربائي والحراري والضوء والشفافية وكونه أقوى بكثير من السيليكون. ولكن، على الرغم من هذه الخصائص، لم يتم استخدام الجرافين حتى الآن في هذه الأجهزة التكنولوجية بسبب عدد من التحديات العملية.
ويتمثل أحد التحديات العملية في التوصيل الحراري للجرافين خاصةً بالنسبة للأجهزة المصنعة. في هذه الحالة، يجب أن يكون الجرافين مدعومًا بركيزة، مما يقلل من التوصيل الحراري للمعدن. تُعد الموصلية الحرارية العالية مهمة جدًا لأي جهاز إلكتروني. ولمعالجة هذه المشكلة، يدرس الباحثون طرقاً جديدة لدعم الجرافين بالعالم العياني مثل استخدام هياكل ثلاثية الأبعاد من الجرافين المترابطة على شكل جرافين. ويمكنهم أيضاً الاستفادة من هيكل الجرافيت الرقيق جداً أو نيتريد البورون السداسي الذي تقترب بنيته من الجرافين.
هناك مشكلة أخرى في الجرافين وهي الذوبان لأنه يجب أن يكون مغطى بالبلاستيك. فمع ارتفاع درجات الحرارة، يمكن أن تتحول ركيزة البوليمر المرنة إلى مادة تشبه المطاط أو مادة منصهرة تكسر المواد الإلكترونية المثبتة في الأعلى وتجعل الأسلاك الموصلة الصغيرة التي تربط الأجهزة الإلكترونية تتعطل. ويقول لي شي، المهندس الميكانيكي في جامعة تكساس في أوستن، إن هذه المشكلة يمكن معالجتها عن طريق تحسين جودة الواجهة من أجل تعزيز توصيل الواجهة.
كما يقترح شي وفريقه البحثي أيضاً أنه يمكن أيضاً تحسين تخزين الطاقة الحرارية للجرافين لمعالجة التحديات العملية. على سبيل المثال، يمكن للمصنعين الاستفادة من رغاوي الجرافين الرقيقة جداً لتعزيز قدرة الطاقة للأجهزة المصنوعة من الجرافين. ويمكن تحقيق ذلك من خلال تضخيم معدل شحن وتفريغ الحرارة في مواد تغيير الطور المستخدمة لتخزين الطاقة الحرارية. ويكمن الإنجاز الآخر في فهم مفهوم حاملات الطاقة الأساسية وتشتتها مثل الفوتونات والإلكترونات والجزيئات. ويمكن أن يساعد فهم مفهوم تشتت الفوتونات في فهم الموجات الشبكية ومعالجة مشكلة التوصيل الحراري في نهاية المطاف عندما تدعم مواد أخرى الجرافين.
كما حققت سامسونج أيضاً إنجازاً في تحديد كيفية استخدام الجرافين في أجهزة العالم الحقيقي. ستركز هذه التقنية الجديدة على تطوير جرافين بلوري عالي الجودة مبني على رقائق السيليكون. وسيؤدي ذلك إلى إنتاج الجرافين المناسب لإنتاج ترانزستورات الجرافين ذات التأثير الميداني (GFETs). وحتى عندما يتم تقشير الجرافين، يمكن إعادة تدوير رقائق السيليكون لإنتاجها مرة أخرى.
Chin Trento
