کتاب انقلاب گرافن
معرفی کتاب انقلاب گرافن
کتاب انقلاب گرافن نوشتهٔ برایان کلگ و ترجمهٔ پیام عباسی است و انتشارات تات آن را منتشر کرده است. این کتاب دربارهٔ علم ناشناخته مواد فوق نازک است.
درباره کتاب انقلاب گرافن
به دنیای شگفت‌انگیز گرافن، نازکترین ماده شناخته‌شده جهان در علم و فناوری خوش آمدید. نانوفناوری، توانمندی تولید و ساخت مواد، ابزار و سیستم‌های جدید با در دست گرفتن کنترل در مقیاس نانومتری یا همان سطوح اتمی و مولکولی و استفاده از خواصی است که در این سطوح ظاهر می‌شوند. یک نانومتر برابر با یک میلیاردم متر (۹- ۱۰ متر) است. این اندازه ۱۸۰۰۰ بار کوچک‌تر از قطر یک تار موی انسان است. به طور میانگین ۳ تا ۶ اتم در کنار یکدیگر طولی معادل یک نانومتر را می‌سازند که این خود به نوع اتم بستگی دارد. به طور کلی، فناوری نانو گسترش، تولید و استفاده از ابزار و موادی است که ابعادشان در حدود ۱ تا ۱۰۰ نانومتر است. فناوری نانو به سه سطح قابل تقسیم است: مواد، ابزارها و سیستم‌ها. موادی را که در سطح نانو در این فناوری به کار می‌روند نانو مواد می‌گویند. ماده نانو ساختار، به هر ماده‌ای که حداقل یکی از ابعاد آن در مقیاس نانومتری (زیر ۱۰۰ نانومتر) باشد اطلاق می‌شود که گرافن نیز یکی از مواد نانو ساختاری است که در این دسته قرار می‌گیرد.
در این کتاب اتفاقات و چگونگی کشف گرافن توسط دانشمندان مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین در مورد نانوساختارهای مختلف کربن و دیگر مواد فوق نازک همراه با خصوصیات آنها و کاربردشان به طور کامل بحث شده است. این کتاب در شش فصل همه جنبه‌های ماده گرافن را به وضوح برای ما مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌دهد و ویژگی‌های جهان مواد فوق نازک را به ما معرفی می‌کند.
در سال ۲۰۰۳، آندره گیم و کنستانتین نووسلوف، فیزیکدانان روسی راهی را برای تولید گرافن (نازکترین ماده در جهان) با استفاده از نوار چسب برای جدا کردن لایه‌ای به ضخامت یک اتم از یک قطعه گرافیت پیدا کردند. تلاش آنها منجر شد که در سال ۲۰۱۰ برنده جایزه نوبل فیزیک شوند و اکنون کاربردهای گرافن و سایر مواد «دوبعدی» یک صنعت جهانی را تشکیل می‌دهند. گرافن به مراتب قوی‌تر از فولاد است، رسانایی آن از هر فلزی به مراتب بهتر است و می‌تواند به عنوان ماده‌ای در غربال‌گری مولکولی برای تصفیه آب عمل کند. اجزای الکترونیکی ساخته شده از گرافن کسری از اندازه ریز تراشه‌های سیلیکون هستند و می‌توانند هم انعطاف‌پذیر و هم شفاف باشند و امکان تعبیه وسایل الکترونیکی در لباس، تولید سلول‌های خورشیدی متناسب با هر سطح یا حتی ایجاد خال‌کوبی‌های موقت و نامرئی که سلامتی شما را کنترل می‌کنند نیز فراهم می‌کنند. پس از متحول کردن صنعت الکترونیک با ساخت ترانزیستور، مواد فوق نازک امکان برداشتن گام بزرگ علمی بعدی را برای ما مهیا می‌کنند. پس برای وقوع انقلاب گرافن آماده شوید.
خواندن کتاب انقلاب گرافن را به چه کسانی پیشنهاد می‌‌کنیم
به طور کلی کتاب حاضر به نحوه کشف ماده‌ای فوق‌العاده نازک به نام گرافن و مقایسه خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی آن با مواد دیگر می‌پردازد. علاوه بر آن کاربردهای گرافن را در زمینه‌های مختلف زندگی انسان‌ها بررسی می‌کند. بنابراین مباحث مربوط به آن می‌تواند برای مطالعه علاقه‌مندان به حوزه نانوفناوری به ویژه دانش‌آموزان، دانشجویان علوم پایه و مهندسی، مخترعان و پژوهشگران مفید باشد.
درباره برایان کلگ
آخرین کتاب‌های برایان کلگ با عنوان‌‌های «قاب واقعیت» و «آیا اعداد واقعی هستند؟» چاپ شده‌اند؛ وی همچنین کتاب‌های «موج‌های گرانشی» و «داده‌های بزرگ» را در مجموعه علوم داغ نوشته است. دو کتاب دیگر از وی با نام‌های «دنیای تاس» و «مختصری از تاریخ بینهایت» در لیست جایزه انجمن سلطنتی بریتانیا برای کتاب‌های علمی قرار گرفته‌اند. برایان برای بسیاری از نشریات معتبر از جمله وال استریت ژورنال، طبیعت (Nature)، بی بی سی فوکوس، دنیای فیزیک، تایمز، ناظر (The Observer) و خانه‌داری ایده‌آل نویسندگی کرده است. وی همچنین سردبیر سایت popularscience.co.uk و وبلاگ www.brianclegg.net است.
بخشی از کتاب انقلاب گرافن
اثری که جایزه نوبل را برای گیم و نووسلوف به ارمغان آورد، ماده گرافن بود، یک ورق گرافیت (یکی از اشکال متبلور کربن) که فقط به اندازه یک اتم ضخامت دارد. گرافیت ماده‌ای است که همه ما مدتی از آن استفاده کرده‌ایم، اگرچه ناشناخته بودن تاریخ آن به این معنی است که وقتی در مرکز مداد ظاهر می‌شود، احتمالاً آن را «سرب» می‌نامیم.
هنگامی که گرافیت برای اولین بار کشف شد، آن را مغز مداد یا سرب سیاه نامیدند، زیرا در واقع تصور می‌شد که این ماده یک نوع گالن است. گرچه این تمایز تقریباً در دهه ۱۷۷۰ مشخص شد، اما نام «سرب» همان عنوانی است که ما به مغز‌های مداد ارجاع می‌دهیم.
البته کاملاً واضح است که گرافیت ماده مفیدی برای ساخت مداد است، حتی اگر هرگز آن ماده را ندیده باشیم.
بر خلاف مطالبی که در روزنامه‌ها بیان می‌شد، گرافیت مورد استفاده در آزمایش یک قطعه سرب مداد معمولی نبود، بلکه نوعی بود که با عنوان پیرولیتیک بسیار جهت‌دار شناخته می‌شد. یک تکه کامل از لایه‌های کربن که به طور کاملاً دقیق از طریق حرارت دادن منابع کربن در دما و فشار بالا تولید شده بود و هزینه آن هم تقریباً زیاد بود. هر تکه آن در حدود ۳۰۰ پوند قیمت داشت.
به سبک آزمایش واقعی جمعه شب، گیم و شکلیاروسکی سبدهای زباله همکاران خود را جستجو کردند و مقدار زیادی از تکه نوارهایی که لایه‌های گرافیت بر روی آنها باقی مانده بود را پیدا کردند.
گرافیت ماده‌ای نازک و عالی است، زیرا هر لایه از لایه بعدی پشتیبانی می‌کند، اما شما ممکن است انتظار داشته باشید که یک لایه از اتم‌ها خود را از فعالیت حرارتی اتم‌های دیگر جدا کند. با این حال، این ماده جدید به اندازه کافی قوی بود که در برابر آن نیروهای موج‌دار هم مقاومت کند. گرافن صد برابر قوی‌تر و محکم‌تر از فولاد است. همچنین از مس نیز صد برابر رساناتر است.
برای کشف این نکته که مفهوم اتم از کجا آمده است، باید به ۲۵۰۰ سال قبل برگردیم. یونانیان باستان دو نظریه اصلی و در حال رقابت با هم را در مورد ماهیت ماده در نظر داشتند. در قرن پنجم قبل از میلاد، امپدوکلس، فیلسوفی ساکن در شهر آگریگنتوم در سیسیل، مفهوم چهار عنصر: زمین، آب، هوا و آتش را معرفی کرد.
به طور کلی، مواد جامد تمایل دارند که بلوری یا بی‌شکل باشند. همانطور که دیدیم، ماده کریستالی یا بلوری ماده‌ایست که اتم‌ها یا مولکول‌های آن در یک شبکه منظم و تکرارشده به هم پیوند خورده باشند.
خورشید با استفاده از فرآیندی موسوم به همجوشی هسته‌ای، انرژی هسته‌ای را ایجاد می‌کند که باعث می‌شود حیات روی زمین رشد کند، جایی که هسته‌های اتم‌های هیدروژن به هم متصل می‌شوند و عنصر سنگین‌تری از هلیوم را تولید می‌کنند و در نتیجه انرژی می‌دهند.
یک ورق گرافن از بالا به پایین حدود ۰.۳ نانومتر است، جایی که یک نانومتر یک میلیاردیم متر است. برای بیان این موضوع، ضخامت گرافن حدود ۶۰ برابر از کوچکترین ویروس‌ها، ۳۰۰۰ برابر کوچک‌تر از یک باکتری معمولی و ۳۰۰هزار برابر باریک‌تر از یک ورق کاغذ معمولی است.
یک روش جایگزین برای تولید گرافن به اصطلاح روش همبافته است. این کار با حرارت دادن یک قطعه کاربید سیلیسیم تا حدود ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد انجام می‌شود. این ماده که با نام بسیار باشکوه کاربوراندم نیز شناخته می‌شود.
اتم‌های نیترید بور در شکل ورق دو بعدی خود، مانند گرافن، در یک شبکه شش ضلعی مرتب شده‌اند، اما با این تفاوت که اتم‌های اطراف هر شش ضلع بین بور و نیتروژن متناوب هستند.
شکاف باند دی‌سولفید مولیبدن بسیار ارزشمند است زیرا تغییر در انرژی بین باندهای رسانایی و ظرفیت برای مطابقت با انرژی در یک فوتون نوری بسیار مناسب است، بنابراین دی‌سولفید مولیبدن پتانسیل زیادی هم به عنوان یک آشکارساز نوری دارد.
هر فردی که تلفن هوشمند داشته باشد می‌داند شکستن صفحه نمایش به چه آسانی انجام می‌شود. اگر تلفن خود را روی یک سطح سخت بیندازید، احتمال دارد در نهایت با یک شیشه ترک خورده و یک صورت حساب گران‌قیمت برای تعمیر آن روبرو شوید. اما یک تیم در دانشگاه ساسکس یک گزینه انعطاف‌پذیر برای آن ارائه داده‌اند. علاوه بر این، صفحه نمایش مقاوم آنها توانایی مصرف انرژی کمتری دارد و از یک صفحه لمسی شیشه‌ای رایج بادوام‌تر خواهد بود. همچنین می‌تواند در دستگاه‌های دیگر هم مورد استفاده قرار گیرد که اتصال لمسی انعطاف‌پذیر در آن لازم و مفید باشد.
در صفحه نمایش ساخته شده در ساسکس از یک پلاستیک اکریلیک انعطاف‌پذیر استفاده می‌شود که با شبکه‌ای از نانوسیم‌های نقره و تکه‌های گرافن پوشانده شده است که روی آب شناور می‌شوند و با یک مهر لاستیکی برداشته می‌شوند و به شکل هر الگویی که مورد نیاز باشد بر روی شبکه نقره‌ای فشار داده می‌شوند.
برای مشاهده اینکه چه فعالیت‌هایی توسط گرافن امکان‌پذیر شده است، فقط باید دوباره به تحولات دانشگاه منچستر نگاه کنیم.
در منچستر، گیم و نووسلوف در ابتدا در یک اتاق تمیز و کوچک در گوشه‌ای از یک ساختمان قدیمی در دانشگاه کار می‌کردند. با افزایش علاقه آنها به این طرح، دانشگاه دریافت که گسترش کار بر روی گرافن و دیگر ساختارهای دو بعدی با سرعتی بسیار سریع‌تر از ظرفیت موجود آنها روبرو می‌شود.
فهرست کتاب انقلاب گرافن از این قرار است:
مقدمه مترجم
فصل ۱. راه‌حل نوار چسب
علم بزرگ - علم کوچک
قورباغه‌های شناور و همکاری مشترک با همستر، تاریخ دوپهلوی کاشفان گرافن
مداد باریک
بازی در منچستر
فصل ۲. ماهیت ماده
وجود اتم‌ها در هر مکان
کشف دالتون
تجزیه‌ناپذیر نبودن
مدل منظومه شمسی
نمایش پیوند
جامدات و ساختارها
اهمیت سلامتی و ایمنی
قانون شکل‌ها
کوچک شدن
فصل ۳. واقعیت کوانتومی
چرا کوانتوم تفاوت ایجاد می‌کند
سه اصل ضروری در کوانتوم
اتم بور
از اوربیتال‌ها تا شکاف باند (انرژی)
توزیع دیراک
دریای دیراک
اجزای الکترونیکی
پریدن از دروازه
فصل ۴. قبلاً چیزی مثل آن را ندیده‌ایم
جاده منتهی به شهر منچستر
از کشف تا کسب نوبل
وجود فضای زیاد در سطوح پایین
خاصیت نازک بودن ماده
شما هرگز با وجود یک زیرلایه تنها نیستید
لحظه ابراز پیروزی پس از اکتشاف
کار کردن در زمینه میدان مغناطیسی
نه آنطور که باید باشد
فراتر از روش نوار چسب
رقص الکتریکی نور
اثر هال پادشاه کوانتوم
قدرت فوق‌العاده
یک سطح حساس
فصل ۵. سایر مواد فوق نازک
به غیر از ساختارهای دو بعدی کربن مواد دو بعدی دیگری هم وجود دارند
گرافن سفید رنگ می‌شود
مولیبدن لغزنده
از سیلیسن تا دی‌کلکوژنیدها
مواد ترکیبی
لایه نازک همه‌کاره (تطبیق‌پذیر)
فصل ۶. جهان مواد فوق نازک
ترانزیستورهای گرافنی
طرز کار تراشه‌های دو بعدی
دکترهای چرخش
خواص نوری خارق‌العاده
صفحه نمایش‌های شکستنی
ترفند مغناطیسی
نوشیدنی‌های نازک
تقطیر جادویی
دوست میکروسکوپ
خال‌کوبی نامرئی چه کاربردی دارد؟
مُد سرگرم‌کننده و انعطاف‌پذیر
منبع ذخیره دارای شارژ فوق‌العاده
تحت فشار
کوچکترین ژنراتور
قدرت فوق‌العاده در عمل
من را بگیر
و موارد بیشتر
از پشت درهای بسته به سمت مسیر اصلی
ثبت اختراعات و پرچمداران
خلاقیت در عمل
مراجع پیشنهادی برای مطالعه بیشتر
حجم
۷٫۳ مگابایت
سال انتشار
۱۴۰۰
تعداد صفحه‌ها
۱۹۷ صفحه
حجم
۷٫۳ مگابایت
سال انتشار
۱۴۰۰
تعداد صفحه‌ها
۱۹۷ صفحه
نظرات کاربران
واقعا جذاب و خواندنی هرچند ی جاهایی واقعا سخت میشه مطالب..