ભવિષ્યનું ક્રાંતિકારી મટિરિયલ ગ્રેફિન

વિજ્ઞાનમાં કોઈ પણ મૂળભૂત તત્ત્વની શોધ ખૂબ જ મહત્ત્વની હોય છે. જેમ કે, વર્ષો પહેલાં સ્ટીલ, પ્લાસ્ટિક કે યુરેનિયમ જેવા મટિરિયલ છૂટા પાડવાની પ્રક્રિયા શોધાઈ એ પછી આ વિવિધ મટિરિયલનો તેમની ખાસિયતોના આધારે ઉપયોગ કરવાનું શરૂ કરાયું. પરંતુ 21મી સદી ઈકો ફ્રેન્ડ્લી અને નેનો મટિરિયલની હશે. બ્રિટનની યુનિવર્સિટી ઓફ માન્ચેસ્ટરના વિજ્ઞાનીઓએ ભવિષ્યમાં ક્રાંતિકારી સાબિત થવાની સંભાવના ધરાવતું મટિરિયલ વિકસાવ્યું છે. આમ તો, આ મટિરિયલ બીજું કંઈ નહીં પણ સેલોટેપ જેવું અત્યંત પાતળું અને વળી શકે એવું કાર્બન તત્ત્વ છે, જેને વિજ્ઞાનીઓએ ગ્રેફિન નામ આપ્યું છે. વિજ્ઞાનીઓને વિશ્વાસ છે કે, આ મટિરિયલ 21 સદીનું સૌથી ક્રાંતિકારી તત્ત્વ સાબિત થશે! પરંતુ ગ્રેફિન જેવા મટિરિયલના વિવિધ ઉપયોગ અંગે થઈ રહેલા સંશોધન કાર્યમાં ઢીલાશ આવતા ભૌતિકવિજ્ઞાન જગતમાં ચર્ચા શરૂ થઈ છે કે, ગ્રેફિનની શોધ લેબોરેટરી પૂરતી જ રહી જશે કે શું? આ પ્રશ્નનો જવાબ મેળવતા પહેલાં ગ્રેફિનની શોધ અને તેના ઈતિહાસ વિશે ટૂંકમાં જાણીએ.

ગ્રેફિનની શોધ અને ઈતિહાસ

કાર્બન પર વિવિધ પ્રક્રિયા કરીને ગ્રેફિન મટિરિયલ વિકસાવવાનો શ્રેય આંદ્રે ગેઈમ અને કોસ્ત્યા નોવોસેલોવ નામના વિજ્ઞાનીઓને જાય છે. આંદ્રે ગેઈમ ચુંબકીય સપાટીનો ઉપયોગ કરીને જીવતા દેડકાને ઊંચકવાનો પ્રયોગ કરીને આઈજી નોબલપ્રાઈઝ જીતી ચૂક્યા છે. આમ તો, ગ્રેફિન વિકસાવવાની વાત સીધીસાદી લાગે છે, પરંતુ થોડા વર્ષો પહેલાં રશિયાના ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ પણ ગ્રેફિન જેવું ક્રાંતિકારી મટિરિયલ વિકસાવવાના નિષ્ફળ પ્રયત્નો કર્યા હતા. વર્ષ 2004માં ગેઈમ અને નોવોસેલોવે ગ્રેફાઈટના નાનકડા ટુકડામાંથી વાળથી પણ પાતળા પડને છૂટું કરવાની પ્રક્રિયા વિકસાવી. આ સિદ્ધિ બદલ વર્ષ 2010માં તેમને સંયુક્ત ધોરણે ભૌતિક શાસ્ત્રનું નોબેલ પ્રાઈઝ મળ્યું હતું. આવા સૂક્ષ્મ મટિરિયલને વિજ્ઞાનની પરિભાષામાં સિંગલ-એટમ-થિન મટિરિયલ કહેવાય છે.

આંદ્રે ગેઈમ

કોસ્ત્યા નોવોસેલોવ

ગ્રેફિનમાં સિલિકોન કરતા 100 ગણી વધારે વિદ્યુત વાહકતા છે અને તે સ્ટીલ કરતા 200 ગણું વધારે મજબૂત છે. એટલું જ નહીં, ગ્રેફિનમાં આશ્ચર્યમાં પડી જવાય એટલી ઓપ્ટિકલ અને થર્મલ શક્તિ પણ છે. ગ્રેફિન જેવું સુપર મટિરિયલ કાર્બનનું જ એક સ્વરૂપ છે અને તેની જાડાઈ ફક્ત એક માઈક્રોન એટલે કે એક અણુ જેટલી જ હોય છે. આ કારણોસર જ સિલિકોનના બદલે ગ્રેફિનનો વ્યાપારી હેતુથી ઉપયોગ કરવાની પદ્ધતિઓ વિકસાવવા માટે વિવિધ દેશો, કંપનીઓ અને રિસર્ચ સંસ્થાઓ વચ્ચે હરીફાઈ જામી છે.

વિજ્ઞાનીઓને આશા છે કે, ઈન્ફર્મેશન ટેક્નોલોજીથી માંડીને ઊર્જા અને દવાના ક્ષેત્રમાં પણ ગ્રેફિનનો ઉપયોગ કરી શકાશે. તેથી આ ક્ષેત્રની કંપનીઓ પણ ગ્રેફિનમાં રસ લેતી હતી. આવી અનેક કંપનીઓ ગ્રેફિન સંશોધનોમાંથી લાભ ખાટી લેવા કરોડો ડૉલર ખર્ચવા તૈયાર થઈ ગઈ હતી. આ સંશોધનો અને વિકાસ માટે ફક્ત યુરોપિયન યુનિયને જ વિવિધ સંસ્થાઓને દસ વર્ષમાં 1.35 અબજ ડૉલરનું ભંડોળ આપવાની જાહેરાત કરી હતી. ગ્રેફિન વિશે આટલો હાઈપ ઊભો થતા વર્ષ 2007થી ગ્રેફિનની વિવિધ શોધો પરથી પેટન્ટ કરાવવાની અરજીમાં જબરદસ્ત વધારો થયો હતો. ગ્રેફિનના જાતભાતના સંશોધનો માટે ચીન, અમેરિકા અને દક્ષિણ કોરિયા જેવા દેશોના નામે જ અનુક્રમે 2,204, 1,754 અને 1,160 પેટન્ટ બોલે છે. ગ્રેફિનના વિવિધ ઉપયોગ માટે પેટન્ટ કરાવવાની હરીફાઈમાં વિશ્વભરની સંશોધન સંસ્થાઓ અને યુનિવર્સિટીઓ પણ સામેલ છે.

સંશોધન કાર્યમાં મુશ્કેલીઓ 

વિજ્ઞાન જગતમાં કોઈ નાની-મોટી શોધ કર્યા પછી તેનો વ્યવહારુ ઉપયોગ કરવાની પદ્ધતિઓ વિકસાવવી પણ એટલી જ મહત્ત્વની છે. ગ્રેફિન સંશોધનોમાંથી તગડી કમાણી કરી લેવા વિવિધ કંપનીઓ, સંશોધન સંસ્થાઓ અને ટેક્નોલોજિસ્ટોએ વધુને વધુ રોકાણ કરવાની તૈયારી દાખવી હતી. પરંતુ એક સમય એવો આવ્યો કે ઈન્ફર્મેશન ટેક્નોલોજી, ઈલેક્ટ્રોનિક્સ સહિતના ક્ષેત્રમાં કાર્યરત મહાકાય કંપનીઓએ ગ્રેફિન સંશોધનોમાં રસ ઓછો કરી દીધો. આવા સંશોધનો પહેલાં પણ થયા છે, પરંતુ તે લેબોરેટરીની બહાર આવી શક્યા નથી. વર્ષ 1990માં કાર્બન નેનોટ્યુબની વાતો ગાજી હતી પણ થોડા સમય પછી વેન્ચર કેપિટાલિસ્ટોએ તો ઠીક વિજ્ઞાનીઓએ પણ તેમાં રસ ઓછો કરી દીધો. આ કારણોસર જ ભૌતિકવિજ્ઞાન જગતમાં ચર્ચા થઈ રહી છે કે, વર્ષ 2004માં શોધાયેલા અને વર્ષ 2010માં નોબલ પ્રાઈઝ પામેલા ગ્રેફિન સાથે પણ આવું થશે?

બ્રિટનની યુનિવર્સિટી ઓફ માન્ચેસ્ટરમાં એક માઈક્રોન પાતળી
ગ્રેફિન ઓક્સાઈડ શીટ બતાવતા ડૉ. રાહુલ નાયર 

થોડા સંશોધનો પછી સિલિકોનના બદલે ગ્રેફિનનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. પરંતુ હજુ સુધી આ દિશામાં આક્રમક રીતે સંશોધન કેમ નથી થઈ રહ્યા એ સવાલનો જવાબ લક્સ રિસર્ચ નામની જાણીતી રિસર્ચ લેબોરેટરીના સિનિયર એનાલિસ્ટ અને ‘ઈઝ ગ્રેફિન ધ નેક્સ્ટ સિલિકોન...ઓર જસ્ટ ધ નેક્સ્ટ કાર્બન નેનોટ્યુબ?’ નામના સંશોધન પેપરના મુખ્ય લેખક આપે છે. તેઓ કહે છે કે, કાર્બન નેનોટ્યુબ જેવા નેનોમટિરિયલનું ઉદાહરણ આપણી સામે છે, ગ્રેટ પર્ફોર્મન્સ હંમેશાં ગ્રેટ માર્કેટ અને સારા વળતરમાં પરિવર્તિત નથી કરી શકાતું.

રોસની વાત પરથી સ્પષ્ટ થાય છે કે, ગ્રેફિન સંશોધનો માટે ખર્ચ કર્યા પછી કંપનીઓને પૂરેપૂરા વળતરની સંભાવના દેખાય તો જ સંશોધન કાર્ય આગળ ધપાવવામાં આર્થિક મદદ કરે છે. એક સમયે કાર્બન નેનોટ્યુબના સંશોધનો માટે પણ મહાકાય કંપનીઓએ રોકાણની તૈયારી બતાવતા હાઈપ ઊભો થયો હતો, પરંતુ સમયાંતરે આ દિશામાં સંશોધનો આગળ વધી શક્યા જ નહીં. કારણ કે, આવા સંશોધનોમાં વર્ષોવર્ષ લાગી જાય છે અને તેનું વળતર મળતા બીજા અનેક વર્ષો. એટલે કે, ગ્રેફિનના જુદા જુદા ઉપયોગની પદ્ધતિઓ વિકસાવતા અને તેને અમલમાં મૂકતા દાયકાઓનો સમય લાગી શકે છે. આ ઉપરાંત મહાકાય કંપનીઓમાં ઉચ્ચ સ્તરે હરીફ કંપનીથી આગળ કે તેની સાથે રહેવાનું દબાણ હોય છે. આમ કંપનીઓને વિકાસની આંધળી દોડમાં હારવાનો ડર લાગે છે અને મહત્ત્વના સંશોધનો ખોરંભે પડે છે.

વર્ષ 2010 સુધી ગ્રેફિન સંશોધનોમાં વિવિધ દેશો અને કંપનીઓને રસ હતો. કારણ કે, ગ્રેફિનમાંથી લશ્કરી હેતુ માટે અતિ ઉપયોગી એવી વજનમાં હલકી બેટરી અને હાલની ટેક્નોલોજીથી પંદરેક ગણી વધુ ક્ષમતા ધરાવતી રડાર બનાવવી પણ શક્ય છે. એટલે વિકસિત દેશોને ગ્રેફિન સંશોધનોમાં રસ પડવો સ્વાભાવિક હતો. જોકે, એવું પણ નથી કે ગ્રેફિન સંશોધનોનું કામ સંપૂર્ણ બંધ છે. હાલ યુનિવર્સિટી ઓફ માન્ચેસ્ટરના સેન્ટર ઓફ ગ્રેફિનમાં ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ અને એન્જિનિયરો ગમે તેમ કરીને આ ટેક્નોલોજીનો કોમર્શિયલ પ્રોડક્ટ બનાવવામાં ઉપયોગ કરવાની પદ્ધતિ વિકસાવવા પ્રયત્નશીલ છે. પરંતુ આમ કરવા માટે સંશોધકોએ ખૂબ ઓછા ખર્ચે ઉત્પાદન થઈ શકે તેવી પદ્ધતિ વિકસાવવાનું પડકારભર્યું કામ પાર પાડવાનું હોય છે, જેમાં હજુ થોડા વર્ષ નીકળી જાય એમ છે.

ગ્રેફિનનું ઉજ્જવળ ભવિષ્ય

ગ્રેફિન અંગે થઈ રહેલા સંશોધનમાં થોડી મુશ્કેલીઓ અને ઢીલાશ ઉદ્‍ભવી હોવા છતાં તાજેતરમાં જ ‘નેચર’ નામના પ્રતિષ્ઠિત સામાયિકમાં પ્રગટ થયેલા એક સંશોધન પેપરમાં ગ્રેફિનના સહ-સંશોધક નોવોસેલોવે આશા વ્યક્ત કરી છે કે, “આગામી વીસ વર્ષમાં ગ્રેફિન સંશોધનોનો સંપૂર્ણ વ્યવહારુ ઉપયોગ શક્ય બની જશે. જ્યારે ફ્લેક્સિબલ સ્ક્રીન (ટેલિવિઝન)ની ટેક્નોલોજી તો આગામી ત્રણેક વર્ષમાં જ વિકસાવી લેવાશે.” ગ્રેફિન જેવા મટિરિયલમાંથી બનાવેલી સ્ક્રીનમાં અત્યંત અલ્ટ્રાફાસ્ટ લૉ-પાવર પ્રોસેસર અને મેમરી શક્ય બનશે. આ ટેક્નોલોજીનો એકાદ દાયકામાં જ કોમર્શિયલ ઉપયોગ શરૂ થઈ જશે. ગ્રેફિન ટેક્નોલોજી ટચ સ્ક્રીનમાં પણ ઉપયોગી સાબિત થશે, જેના માટે અત્યારે ઈન્ડિયમ ટિન ઓક્સાઈડનો ઉપયોગ થાય છે. સંશોધકોનું માનવું છે કે, ગ્રેફિનની સ્થિતિસ્થાપકતા અને રાસાયણિક ટકાઉતા આ મટિરિયલથી અનેક ગણી વધારે છે.

હાઈટેક ઈલેક્ટ્રોનિક્સની દુનિયામાં ગ્રેફિન ખરા સમયે આવ્યું છે. કારણ કે, હાલ વિજ્ઞાનીઓ ઈલેક્ટ્રોનિક ચીજવસ્તુઓમાં સિલિકોન સર્કિટને શક્ય એટલી નાની કરવા પ્રયત્નશીલ છે. ગ્રેફિનના શોધકો ગેઈન અને નોવોસેલોવ સિવાયના વિજ્ઞાનીઓને પણ આશા છે કે, ગ્રેફિનના રાસાયણિક ગુણધર્મોને કારણે સુપર સ્મૉલ, હાઈ સ્પીડ અને અલ્ટ્રા-લૉ-પાવર ડિજિટલ ઈલેક્ટ્રોનિક્સનું ઉત્પાદન કરી શકાશે. આ ફિચર્સના કારણે જ મીઠાના દાણા જેટલા મેડિકલ સેન્સર વિકસાવી શકાશે, જેને નસમાંથી માનવ શરીરમાં દાખલ કરીને કેન્સર થાય એ પહેલાં જ તેના માટે જવાબદાર સેલ્સને શોધી શકાશે.

માન્ચેસ્ટર સિવાય પણ અનેક સ્થળે સંશોધકો ગ્રેફિનનો પોતપોતાની રીતે ઉપયોગ કરવા કટિબદ્ધ છે. સેમસંગ જેવી કંપનીએ જ ગ્રેફિનના વિવિધ ઉપયોગ માટે 407 અને આઈબીએમએ 134 પેટન્ટ કરાવી છે. ગ્રેફિન સંશોધનોમાં ઢીલાશ આવી છે એ વાત ખરી, પરંતુ હાલ પૂરતો ગ્રેફિનનો યોગ્ય વિકલ્પ નહીં હોવાથી ધીમી ગતિએ પણ સંશોધનો આગળ ધપાવ્યે છુટકો નથી. સેમસંગ અને સોની કંપની ફ્લેક્સિબલ ટચસ્ક્રીન બનાવવામાં ગ્રેફિનના ઉપયોગ માટે સંયુક્ત રીતે સંશોધન કરી રહી છે. જ્યારે ગ્રેફિનની મદદથી ચિપ બનાવવા માટે ઈન્ટેલ સંશોધન કરી રહી છે. આ માટે ઈન્ટેલ માન્ચેસ્ટર યુનિવર્સિટી સાથે કામ કરી રહી છે.

ઉપસંહાર

ગ્રેફિન સંશોધનો માટે જેટલો હાઈપ ઊભો થયો એ પ્રમાણે સંશોધન નથી થઈ રહ્યા એવું કહેવું અયોગ્ય ગણાશે. ગ્રેફિન જેવા સુપર મટિરિયલની શોધથી હાઈપ ઊભો થવો સ્વાભાવિક છે, પરંતુ વિવિધ કંપનીઓ અને સંસ્થાઓ ગ્રેફિન સંશોધનો માટે ખૂબ ઝડપથી કરોડો ડૉલરનું ભંડોળ આપે કે ખર્ચ કરે એવી અપેક્ષા વધુ પડતી છે. યુરોપિયન યુનિયને ગ્રેફિન સંશોધનો માટે દસ વર્ષમાં 1.35 અબજ ડૉલરનું ભંડોળ આપવાની જાહેરાત કરી હતી, પરંતુ માન્ચેસ્ટર યુનિવર્સિટીના અંદાજ મુજબ વર્ષ 2012માં જ ગ્રેફિન સંશોધનો પાછળ એક અબજ ડૉલરનો ખર્ચ થઈ ગયો છે. તેથી કહી શકાય કે, વિશ્વભરમાં ધીમી પણ મક્કમ ગતિએ આ દિશામાં સંશોધનો થઈ જ રહ્યા છે અને ગ્રેફિન સંશોધનો નથી થઈ રહ્યા એવો ફક્ત હાઈપ ઊભો થયો છે. 

નોંધઃ તમામ તસવીરો ગૂગલ પરથી લીધી છે.