กราฟีน (graphene) ได้ถูกวิจัย และถูกค้นพบตั้งแต่เมื่อปีพ.ศ. 2547 โดยผู้ค้นพบทั้งสองท่านนั้นเป็นนักฟิสิกส์แท้ๆ คนแรกมีชื่อว่า Andre Geim (ออกเสียงว่า อังเดร เกม) ส่วนคนที่สองมีชื่อว่า Konstantin Novoselov ผู้ค้นพบทั้ง 2 ท่านก็ได้รับรางวัลโนเบลไปแล้วเมื่อปีพ.ศ. 2553
กราฟีนเป็นผลึก 2 มิติของคาร์บอนบริสุทธิ์ หรืออาจพูดได้อีกอย่างว่าเป็นแผ่นคาร์บอนบริสุทธิ์ที่บางมากๆ มีความหนาเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมคาร์บอนเพียง 1 ตัวเท่านั้น ในตอนเริ่มแรกแผ่นกราฟีนที่ทำได้ยังเป็นเพียงเกล็ดชิ้นเล็กๆมีขนาดไม่เกิน 1 ตร. มิลลิเมตรเท่านั้น แต่ปัจจุบันมีวิธีการใหม่ๆที่จะผลิตแผ่นกราฟีนขนาดพื้นที่ระดับ 0.5 x 0.5 ตร. เมตร หรือใหญ่กว่าได้แล้ว
กราฟีนได้รับการยกย่องว่าเป็นวัสดุมหัศจรรย์เพราะมีคุณสมบัติดีเด่นหลายประการรวมอยู่ในตัวเดียวกัน โดยสามารถสรุปคุณสมบัติพิเศษได้ ดังนี้
กราฟีนเป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุดเท่าที่เคยค้นพบกันมา มีค่าความต้านแรงดึง (tensile strength) สูง ถึง 130,000,000,000 ปาสคาล (ของเหล็กกล้าเบอร์ A36 มีค่า 400,000,000 ปาสคาล และของเส้นใยสังเคราะห์เคฟลาร์ (Kevlar) มีค่า 375,700,000 ปาสคาล)
กราฟีนเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ยอดเยี่ยม ทั้งนี้เพราะอะตอมคาร์บอนที่มีจำนวนอิเล็กตรอนทั้งสิ้น 6 ตัวนั้น สองตัวแรกจะอยู่ที่เชลล์ (shell) ในสุดใกล้นิวเคลียส ส่วนอีก 4 ตัวที่เหลืออยู่ที่เชลล์นอกห่างออกมา ซึ่งอิเล็กตรอนทั้ง 4 ตัวนี้พร้อมเสมอที่จะเข้ามีพันธะเคมีกับอะตอมตัวอื่น แต่ดังกล่าวแล้วข้างต้นว่าในกราฟีนนั้นอะตอมคาร์บอน 1 ตัวจะมีพันธะเคมีกับอะตอมคาร์บอนอีก 3 ตัวในระนาบ 2 มิติ ดังนั้นจึงเหลืออิเล็กตรอนอีก 1 ตัวในมิติที่สาม (ด้านบนหรือล่างของระนาบ 2 มิติ) เรียกว่า พายอิเล็กตรอน (π electron) ที่ไม่มีพันธะกับใคร
กราฟีนมีค่าอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตร (surface-to-volume ratio) ที่สูงมาก นั่นคือมีขนาดพื้นที่ผิวที่ใหญ่มาก หรือพูดอีกอย่างว่าเป็นแผ่นที่บางมากๆ (บางกว่าเส้นผมประมาณ 1 ล้านเท่า) และเพราะบางมากจึงโปร่งใสมาก
กราฟีนแต่ถึงแม้จะบางมากกลับมีความสามารถในการดูดกลืนแสงสีขาว (white light) ได้สูงถึง 2.3 เปอร์เซ็นต์ ทั้งนี้ก็เพราะบทบาทของพวกอิเล็กตรอนอิสระในกราฟีนนั่นเอง ต่างกับในเพชรที่ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระพวกนี้จึงดูดกลืนแสงได้น้อยกว่า นอกจากว่าโฟตอนของแสงจะมีพลังงานสูงมากพอ
กราฟีนเป็นวัสดุที่เบาที่สุดในโลก ขนาดพื้นที่ 1 ตร. เมตร หนักเพียงประมาณ 0.77 มิลลิกรัม (แผ่นกระดาษขนาดพื้นที่เท่ากัน จะหนักกว่าประมาณ 100,000 เท่า)
กราฟีนเป็นตัวนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมที่สุดกว่าวัสดุอื่นใดที่มีอยู่ขณะนี้
กราฟีนไม่เป็นพิษกับร่างกายมนุษย์ (biocompatible) แถมมีฤทธิ์ป้องกันการก่อตัวของแบคทีเรียได้ ฯลฯ
ยิ่งทำการค้นคว้าวิจัยเข้าใจกราฟีนได้ลึกซึ้งขึ้นและพัฒนาให้กราฟีนมีราคาถูกลง แนวทางประยุกต์ใช้ประโยชน์จากกราฟีนจะยิ่งมีเพิ่มขึ้นอย่างกว้างขวางและหลากหลาย ผลพลอยได้เชิงพาณิชย์จะผุดออกมาให้เก็บเกี่ยวอย่างอุดมสมบูรณ์
ด้วยเหตุนี้รัฐบาลอังกฤษจึงได้ยอมลงทุน 38 ล้านปอนด์ (ประมาณ 1.6 พันล้านบาท) ตั้งศูนย์วิจัย National Graphene Institute (NGI) ขึ้นที่ University of Manchestor ตั้งแต่เมื่อปีพ.ศ. 2558 (งบประมาณเริ่มต้นอยู่ที่ 61 ล้านปอนด์ อีก 23 ล้านปอนด์ได้รับการสนับสนุนจาก EU)
รัฐบาลสิงคโปร์ที่ได้จัดตั้ง Graphene Research Centre (GRC) ขึ้นที่ National University of Singapore (NUS) ตั้งแต่เมื่อปีพ.ศ. 2553 ซึ่งต่อมาได้ขยับขยายใหญ่ขึ้นและปรับเปลี่ยนชื่อเป็น Centre for Advanced 2D Materials โดยได้รับงบประมาณสนับสนุนจากรัฐบาล 50 ล้านดอลลาร์สิงคโปร์ (ประมาณ 1.2 พันล้านบาท) สำหรับช่วง 10 ปี มีศาสตราจารย์ Antonio H. Castro Neto นักฟิสิกส์ทฤษฎีชาวอเมริกันผู้เชี่ยวชาญด้านสสารควบแน่นและกราฟีนเป็นผู้อำนวยการ และเพิ่งได้ตัวศาสตราจารย์ Sir Konstantin Novoselov มาร่วมทีมเมื่อวันที่ 8 เมษายนที่เพิ่งผ่านมานี้เอง
อ้างอิงข้อมูลจาก
- ศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์
- GlobThailand
- https://www.belfasttelegraph.co.uk/news/world-news/uk-based-scientists-win-nobel-prize/28562912.html
ติดต่อลงโฆษณาได้ที่
Line OA : @innovatorx หรือ https://www.facebook.com/InnovatorXbyWazzadu