راز دانش: تولید 'ساده' گرافین که آینده وسایل الکترونیکی را منقلب خواهد کرد

کشف یک شیوه ظاهرا ساده برای تولید گرافین، ماده ای که می تواند ساخت وسایل الکترونیکی و سایر محصولات در آینده را متحل کند، گفتگوی با مونا جراحی محقق ایرانی که برنده یک نشان افتخار مهم دولتی در آمریکا شده و اعمال مقررات تازه بر عرضه سیگارهای الکترونیکی در آمریکا خبرهای این هفته راز دانش است.

تولید گرافین با کیفیت خوب آسان می شود؟

حق نشر عکس graphene
Image caption گرافین یک صفحه دوبعدی از اتم های کربن است اما بسیار محکم و رسانا

چند سالی است که در خبرها درباره ماده گرافین می شنویم.

ماده ای که سال ۲۰۰۴ توسط دو دانشمند در بریتانیا کشف شد و شگفت اینکه فقط شش سال بعد برنده جایزه نوبل شد که نشان از اهمیت آن داشت.

گرافین در واقع یک لایه کربن است، اما قطرش فقط به اندازه یک اتم است یعنی یک صفحه دو بعدی از اتم هاست. ساختمان این صفحه چیزی شبیه یک شانه عسل است.

اما علیرغم نازکی، گرافین بسیار قوی و انعطاف پذیر است و خاصیت رسانایی دارد.

گفته می شود که این ماده صد بار از فولاد محکم تر است و برق را بهتر از مس منتقل می کند.

پروفسور اینگمار لوندستروم رئیس کمیته نوبل فیزیک در سال ۲۰۱۰ در وصف گرافین گفت: "مونیترهای لمسی، سلول های خورشیدی، وسایل الکترونیکی ای که قابلیت خم شدند دارند، مواد کامپوزیت، از کاربردها گرافین هستند و اخیرا همچنین نشان داده شده که از گرافین می توان برای تعیین آرایش پایه های دی ان ای استفاده کرد."

اما علیرغم این کشف نوید بخش، تولید انبوه نمونه با کیفیت گرافین کار دشواری بوده.

حالا به گزارش نشریه نیچر، محققان در ایرلند و بریتانیا می گویند موفق به تولید گرافین با کمک دستگاه مخلوط کن شده اند، همان مخلوط کن هایی که در آشپزخانه ها پیدا می شود.

محققان پودر گرافیت (که در ساختن نوک مداد به کار می رود) را در مخلوط کن ریختند، به آن آب و مایع ظرف شویی اضافه و با سرعت بالا مخلوط کردند. (پژوهشگران علیه انجام این آزمایش در خانه هشدار می دهند.)

گرافیت عملا متشکل از لایه های متعدد گرافین است که روی هم چسبیده اند.

جاناتان کولمن و همکارانش از کالج ترینیتی دوبلین نشان دادند که نیروی گردشی در دستگاه مخلوط کن در حضور مایع ظرف شویی باعث جدا شدن لایه های گرافین بدون آسیب زدن به ساختمان دو بعدی آنها می شود.

به این ترتیب محققان می گویند که گام مهمی به سوی به کارگیری گرافین برای مصارف مختلف برداشته اند.

دانشمندان امیدوارند تا پایان سال بتوانند در کارخانه ای در بریتانیا روزانه یک کیلوگرم گرافین تولید کنند.

نشان افتخار در آمریکا برای مونا جراحی

حق نشر عکس BBC World Service
Image caption مونا جراحی برنده جایزه دانشمندان و مهندسان جوان در آمریکا

کاخ سفید اخیرا میزبان ۱۰۲ دانشمند بود که برای دریافت جایزه ریاست جمهوری برای دانشمندان و مهندسان جوان نامزد شده بودند. در میان آنها نام مونا جراحی محقق ایرانی به چشم می خورد. خانم جراحی اکنون در دانشگاه ایالتی کالیفرنیا در لس آنجس در زمینه امواج موسوم به تراهرتز تحقیق می کند. خانم جراحی مهمان این هفته برنامه ما بود و ابتدا در مورد جایزه اش توضیح داد:

"من برای پروژه هایی که در زمینه فرستنده گیرنده های تراهرتز به روی آنها تحقیق می کردم کاندید این جایزه شدم. پارسال نامزد شده بود و امسال شنیدم که کاخ سفید من را در لیست برنده ها قرار داده."

خوب بپردازیم به اصل مطلب که شکی ندارم شما را سر ذوق می آورد. به زبان خیلی ساده لطفا بفرمایید که موج تراهرتز چیست؟

"طول موج امواج تراهرتز بین یک میلیمتر تا ده میکرومتر است، در طیف الکترومغناطیسی بین طیف مادون قرمز و امواج رادیویی قرار دارد. خواص منحصر به فرد امواج تراهرتز که باعث توجه زیادی به آنها شده، یکی این است که فرکانس ارتعاشی بیشتر ملکول ها در حوزه تراهرتز قرار دارد و مثل اثر انگشت که برای هر آدمی منحصر به فرد است، فرکانس ارتعاشی هر ملکول و ماده شیمیایی هم منحصر به فرد است.

به همین دلیل با اندازه گیری طیف الکترومغناطیسی مواد ناشناخته در حوزه تراهرتز، می شود به ماهیت شیمیایی آنها پی برد و به همین خاطر موارد استفاده زیادی در شناخت مواد شیمیایی در مصارف پزشکی، تشخیص بیماری ها، مصارف دارویی، صنایع غذایی و غیره دارد. فایده دیگر این امواج این است که می توانند با تضعیف پایین از خیلی از محیط هایی که امواج نور رد نمی شوند عبور کنند به همین دلیل تصویربرداری با آنها در حوزه هایی که با امواج نورانی ممکن نیست - مثل اعماق داخل بدن یا داخل بسته بندی های مختلف - می شود آنها را با تراهرتز تصویربرداری کرد. به همین دلیل در زمینه های پزشکی یا امنیتی کاربرد دارد. و در نهایت حسن بزرگ آنها این است که در مقایسه با امواج نورانی و اکس ری انرژی خیلی پایینی دارد بنابراین به بدن انسان آسیبی نمی زند.""

آیا اهمیت کاربردهایش تازه کشف شده؟

"کشف این امواج تازگی ندارد. کاربردهای امواج تراهرتز خیلی وقت است که شناخته شده است که بیشتر از طریق شیمی دان ها شروع شد یعنی وقتی که خواص گازها را بررسی می کردند. ولی چیزی که در یک دهه اخیر یا چند سال اخیر اتفاق افتاده افزایش سرعت در ساخت دستگاه هایی است که سیستم تصویربرداری و حسگر در حوزه تراهرتز انجام می دهند. تا به حال برای اثبات کاربردهایی که توضیح دادم دستگاه های خیلی بزرگ و سنگین و گران لازم بود که بیشتر فقط کاربرد آزمایشگاهی داشت و علاقه زیادی وجود داشت که این دستگاه ها به صورت عملی تر وارد زندگی روزمره شود و در این زمینه است که علم درحال پیشرفت است."

یک مثال خیلی خوب که می توانم بزنم کامپیوتر است. در چهل سال گذشته کامپیوتر وجود داشت ولی دو سه اتاق پر از قسمت های مختلف یک کامپیوتر بود تا یک پردازش خیلی ساده را انجام شود ولی ما امروزه می بینم که در موبایل هایمان ریزپردازنده هایی هست که همان کار را انجام دهد. هدف ما هم همین است تا دستگاه تراهرتزی که خیلی حجیم و غیرقابل استفاده در بیشتر کاربردها بودند را کوچک کنیم تا وارد زندگی روزمره شود."

محدود کردن سیگارهای الکترونیکی

حق نشر عکس AFP

چند سالی هست که سیگارها الکترونیکی به بازار آمده و اخیرا بسیار باب شده. از جمله فروش این سیگارها در سال ۲۰۱۳ به تقریبا دو میلیارد دلار رسید.

این سیگار با این استدلال تبلیغ می شود که به بدن نیکوتین می رساند بدون آنکه خطرات تنباکو و سایر دخانیات را داشته باشد.

اما با انفجار عرضه و مصرف این محصولات سوالات زیادی در مورد کیفیت و حتی ایمنی آنها به وجود آمده.

سازمان مواد دارویی و غذایی آمریکا، اف دی ای، چند روز قبل اعلام کرد که قصد دارد فروش سیگارهای الکترونیکی را برای افراد زیر ۱۸ سال ممنوع کند.

این سازمان می گوید با توجه به رشد شدید عرضه و مصرف این محصولات درحالی که عوارض جانبی آن برای سلامتی هنوز به خوبی معلوم نیست، اصلاح قوانین لازم است.

"اف دی ای" از جمله خواستار محدود کردن فروش آنها از طریق ماشین های خودکار است.

هنوز معلوم نیست که این تغییرات چه زمانی اعمال خواهد شد.

هرچند اینها به سیگار معروفند اما در واقع عاری از تنباکو هستند. یک المان فلزی نیکوتین مایع را داغ و بخار می کند که وارد ریه می شود.

اف دی ای مشغول تحقیق درباره آثار این سیگارها برای سلامتی و همچنین این مساله است که چه گروه هایی از آن استفاده می کنند.

براساس مقررات تازه شرکت های سازنده باید محصولات خود را در اف دی ای ثبت و مواد به کار رفته در آن را فاش کنند.

آنها همچنین نمی توانند ادعا کنند که محصولاتشان ایمن تر از دخانیات است.

بعضی گروه ها حتی موسسات پزشکی گفته اند که سیگار الکترونیکی می تواند جان خیلی از سیگاری ها را نجات دهد.

اما مسئولان اف دی ای می گویند تعداد سوالاتی که در مورد این سیگارها دارند خیلی بیش از جواب های موجود است.

از جمله یکی از نگرانی های عمده کیفیت موادی است که برای استنشاق با این سیگارها فروخته می شود. و همچنین قاطعانه نمی شود گفت که اینها لزوما و برخلاف سیگار معمولی سرطان زا نیستند.