กราฟีน: จากไส้ดินสอเปราะบางสู่โครงสร้าง คาร์บอนทรงพลัง

Graphene: From Brittle Pencil Lead to Super-Strength Carbon Sheet
กราฟีน: จากไส้ดินสอเปราะบางสู่โครงสร้าง คาร์บอนทรงพลัง

Have you ever broken your pencil lead because you pressed too hard while writing? Pencil leads break easily because they are made from graphite, which consists of a stack of carbon rings held together by weak chemical bonds. But would you believe that scientists have now successfully transformed this brittle material into the strongest material on earth? In this issue, we will follow the path along which brittle graphite became the miracle material known as "graphene."
Graphene is a flat structure of tightly bonded carbon hexagons, each with the thickness of a single carbon atom. It was first obtained by two physicists from the University of Manchester, Andre Geim and Konstantin Novoselov, who used a regular adhesive tape to lift a flake of carbon with a thickness of just one atom from a piece of graphite. Their result proved the theory that it is possible to obtain this material in thicknesses of just a single atom. Based on this proof, a sheet of graphene could be synthesized.
Graphene has many exceptional properties. First, a sheet of graphene is very thin and yet extremely strong. It is said that a graphene sheet as thin as plastic wrap could hold the weight of an elephant. Graphene structure is also very dense, so that, even though the graphene sheet is transparent, the smallest of gas atoms, such as helium, cannot pass through. Furthermore, graphene can also conduct electricity as well as copper.
Based on their amazing properties, graphene has been dubbed by the scientific community as a "miracle material". It is expected that graphene will be suitable for producing transparent touch screens, light panels and even solar cells. Because of their ground-breaking work, Geim and Novoselov were awarded the Nobel Prize in Physics in 2010. Isn't it inspiring to see that there is still so much cool science all around us that could allow us to transform even the most common of materials -- such as graphite -- into the miracle material we now know as graphene?

คุณเคยทำไส้ดินสอหักเพราะกดแรงเกินไปตอนเขียนหรือเปล่าคะ ไส้ดินสอหักได้ง่ายเพราะมันทำจากแกรไฟต์ซึ่งเกิดจำกวงคาร์บอนที่ซ้อนกันเป็นชั้นๆ กันและยึดกันอยู่ได้ด้วยพันธะทางเคมีแบบอ่อน แต่คุณเชื่อไหมคะว่านักวิทยาศาสตร์ได้เปลี่ยนสิ่งเปราะบางอันนี้ให้กลายเป็นวัสดุที่แข็งแรงที่สุดในโลกได้สำเร็จแล้ว ในฉบับนี้ เราจะมาติดตามว่าแกรไฟต์นั้นได้กลายเป็นวัสดุมหัศจรรย์ที่ชื่อว่ากราฟีนได้อย่างไรกันค่ะ
กราฟีนเป็นโครงสร้างแบบแบนที่มีวงคาร์บอนรูปหกเหลี่ยมที่เรียงชิดกันโดยโครงสร้างนี้มีความหนาเพียงแค่หนึ่งอะตอมของคาร์บอนเท่านั้น กราฟีนถูกแยกได้เป็นครั้งแรกโดยนักวิทยาศาสตร์ด้านฟิสิกส์สองคนจากมหาวิทลัยแมนเชสเตอร์ อันเดร ไกม์ และ คอนสแตนติน โนโวเซลอฟ โดยการใช้เทปกาวธรรมดาๆ แยกชั้นของคาร์บอนที่มีความหนาเพียงหนึ่งอะตอมออกมาจากแกรไฟต์ได้ ซึ่งเป็นการพิสูจน์ทฤษฎีว่า มนุษย์สามารถแยกวัสดุนี้ได้ด้วยความหนาเพียงหนึ่งอะตอมเท่านั้น แผ่นกราฟีนจึงถูกสร้างขึ้นหลังจากการพิสูจน์ดังกล่าว
กราฟีนมีคุณสมบัติยอดเยี่ยมหลายอย่าง ประการแรก แผ่นกราฟีนนั้นบางมากและแข็งแรงมากในเวลาเดียวกัน กล่าวกันว่าแผ่นกราฟีนที่บางเหมือนแผ่นพลาสติกใสห่ออาหารสามารถรับน้ำหนักของช้างได้เลยทีเดียว โครงสร้างของกราฟีนนั้นก็ยังหนาแน่นมาก ซึ่งแม้ว่าแผ่นกราฟีนจะใสจนมองทะลุได้ แต่ก๊าซที่เล็กที่สุดอย่างเช่น ฮีเลียม ก็ไม่สามารถผ่านทะลุแผ่นกราฟีนไปได้ นอกจากนั้น กราฟีนยังสามารถนำไฟฟ้าได้ดีเทียบเท่ากับทองแดงอีกด้วย
จากคุณสมบัติที่น่าทึ่งเหล่านี้ กราฟีนจึงได้ชื่อว่าเป็น "วัสดุมหัศจรรย์" จากวงการวิทยาศาสตร์ ซึ่งเชื่อว่า กราฟีนนั้นเหมาะที่จะนำไปทำหน้าจอระบบสัมผัสแบบใส แผงไฟ หรือแม้กระทั่งแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ เพราะผลงานที่ยอดเยี่ยมของพวกเขา ไกม์และโนโวเซลอฟจึงได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 2010 มันเป็นสิ่งที่ให้แรงบันดาลใจแก่พวกเราไม่น้อยเลยจริงไหมคะ ที่ยังมีวิทยาศาสตร์แบบเจ๋งๆ รอบ ตัวเราที่สามารถเปลี่ยนแม้กระทั่งวัสดุที่เห็นอยู่ได้ทั่วไปอย่างแกรไฟต์ให้กลายเป็นวัสดุมหัศจรรย์ที่ชื่อกราฟีน

Vocabulary
stack (n.) สแตค กองหรือชั้น
brittle (adj.) บริทเทิล เปราะ แข็งแต่หักง่ำย
hexagon (n.) เฮคซะกอน รูปหกเหลี่ยม
atom (n.) อะตอม โครงสร้างที่เล็กที่สุดทางเคมี
adhesive tape (n.) แอดฮีซีฟ เทป เทปกาว
dense (adj.) เดนส์ หนาแน่น
transparent (adj.) แทรนส์แพเรนท์ ใส มองทะลุได้
conduct (v.) คอนดัคท์ นำ

คอลัมน์ Science Zone
ผู้เขียน วนนิตย์ (I Get English Magazine)