تزامناً مع الثورة الاقتصادية الرابعة التي قامت على المعرفة، كانت هناك العديد من التطورات المثيرة في مجال علوم المواد، لعل أبرزها إثارة و حماساً مادة الجرافين، و هذه المادة هي الكربون النقي في شكل ورقة واحدة أو ذرة سميكة، و تقدر قوته بما يعادل الفولاذ بـ 200 مرة، و له مرونة المطاط، و يقوم بتوصيل الحرارة و الكهرباء بشكل فعال للغاية، و علاوة على ذلك، لأنه ليس سوى ذرة سميكة، فإنه تقريباً ثنائي الأبعاد، ينغمس مع العديد من المواد المثيرة للاهتمام ذات الصلة بالضوء «الطاقة»، و الماء.

وجدت الجرافين نظرياً في عام 1962، عندما وصفها الكيميائي هانز بيتر بوم في ورقة نشرت في مجلة الكيمياء غير العضوية و الكيمياء العامة، ولكن في عام 2003، بدأ الفيزيائي الروسي أندريه جيم في إنتاجها، و في عام 2004، نشر جيم و زميله الباحث كوستانتين نوفوسيلوف ورقة أكاديمية عن الاكتشاف، و التي أصبحت منذ ذلك الحين واحدة من الأوراق الأكثر استشهاداً على نطاق واسع في مجال الفيزياء، و لهذا الإنجاز حصل جيم و نوفوسيلوف على جائزة نوبل في الفيزياء في عام 2010.

و بالحديث عن مستقبل مادة الجرافين يمكن القول إنها تدخل في صناعة جملة من التطبيقات و مستقبلها مرهون بها، و كما يبدو من حماس الشركات و الأكاديميات و الباحثين فإن تطبيقات الجرافين الحالية و المحتملة مذهلة، و يمكن أن تحدث ثورة في العديد من المنتجات و الأسواق و الحقول، و تشمل هذه التطبيقات الأدوية من خلال تطوير أجهزة الاستشعار الكهربائية الحيوية و أجهزة التصوير الحيوي، و المطهرات القوية و الأكثر فعالية، و تسلسل الحمض النووي، كما يجري استكشاف الغرسات الاصطناعية، التي من شأنها أن تكون مرتبطة مباشرة بالنظام العصبي و تسخير خصائص موصل الجرافين، كما يمكن أن تستخدم أيضاً لإنتاج أكثر فعالية للمعدات الجراحية للعمود الفقري، و في مجال الحوسبة يمكن استخدام الجرافين للتحسين جذرياً في معالجة قوة رقائق الكمبيوتر، و قد أعلنت شركة آي بي إم في يناير من عام 2014، أنها قد صنعت رقاقة الجرافين التي هي أسرع بمعدل 10،000 مرة من الرقائق القياسية، و في عالم الإلكترونيات يمكن وصف إمكانات الجرافين بالشفافة و المرنة إلى حد يسمح لها بأن تحل محل السيليكون في الدوائر الكهربائية المشتركة و هذه القدرة تسمح لها بتحويل المسار تماماً في مجال الإلكترونيات، و قد كان العلماء يجربون بطاريات الشحن السريع، و سماعات الرأس عالية الجودة، و الإلكترونيات المرنة، و أجهزة استشعار الصور الأكثر قدرة، و شاشات اللمس التي لا يمكن اختراقها تقريباً، كما يمكن القول بأن دمج الجرافين في مجال الإلكترونيات الضوئية سيؤدي إلى تطوير في نهاية المطاف للورق الإلكتروني القابل للتحديث، وصولاً إلى اكتشافات علمية جديدة مذهلة.

و في مجال تنقية المياه يعد الجرافين من مرشحات المياه التي لا يضاهيها عملياً أي شيء آخر، بل هي ربما الأكثر فعالية من مواد ترشيح المياه المتوفرة و تؤكد إحدى شركات ترشيح المياه أنها ستخفض تكاليف الطاقة لمحطات تحلية المياه بنسبة 99٪.

و في مجال مواد منع تسرب المياه يمكن القول إنه و بنفس القدرة التي يمتلكها الجرافين في ترشيح المياه له قدرة تجارية هائلة في المواد التي يمكن أن تؤدي عملها في الماء سواء في الإلكترونيات أو المباني و شركة نوكيا تعمل على تطوير الهاتف الذكي مع مادة الجرافين التي تجعله يعمل في المياه.

و في مجال تخزين الطاقة يمكن القول بإن للجرافين قدرة على توصيل الحرارة و الكهرباء بشكل فعال للغاية و تطوير بطاريات الشحن بشكل أقل حجماً و أكثر اتساعاً كبطاريات الهواتف الذكية و الكمبيوترات المحمولة.

و كذلك هو الحال في تطبيق آخر هو في إنتاج الخلايا الضوئية بشكل أكثر كفاءة، إذ يمكن استخدامها في الملابس لتوليد الطاقة أثناء ارتدائها من خلال الطاقة الشمسية في الدول النامية و للجيش أيضاً لتوليد الطاقة في الميدان.

و ثمة تطبيقات أخرى يجري حالياً استكشاف إدراج الجرافين فيها، مثل الطلاء و البلاستيك و إنتاج البوليمر.

و يمكن للطلاء القائم على الجرافين، الذي يطبق على جهاز أو منزل على سبيل المثال، أن يخزن أيضاً الطاقة الشمسية، و من خلاله يمكن تشغيل مجموعة أجهزة بإنترنت الأشياء و تشغيل كل الأجهزة في المنزل.

إن قوة الجرافين و خفة وزنها تساهم في إنتاج السلع و قطع الغيار التي تستخدم عادة البلاستيك و البوليمرات، مثل السيارات و قطع الطائرات، و بدمجها يمكن أن تسهم في صناعة كل شيء ابتداء من الدراجات الهوائية إلى توربينات الرياح و ذلك في بضع سنوات قصيرة. مادة الجرافين لا تزال مادة جديدة نسبياً، و العديد من الشركات تتسابق لاعتمادها، و تشمل هذه العلامات التجارية على سبيل المثال لا الحصر العلامات التجارية للإلكترونيات ذات الأسماء الكبيرة مثل سامسونغ و نوكيا و غوغل و سانديسك و أبل التي تبحث عن طرق لدمجها في منتجاتها.

و كما يبدو فإن التحدي الأكبر للاستخدام التجاري للجرافين هو في تكلفة الإنتاج. لأنها باهظة فإن تكلفة ما ينتج باستخدام الجرافين سيكون باهظاً بالمثل، و هناك تحد كبير آخر هو حقيقة أن الجرافين موصل جيد أنه لا يمكن إيقافه، حيث يفتقر إلى ما يعرف باسم فجوة النطاق، مما يعني أنه لا يمكن اعتماده في الأنظمة الكهربائية؛ بيد أن البحوث الأخيرة شهدت تطورات واعدة تعالج هذه المشكلة.

و رغم ذلك يتفق معظم الخبراء على ضمان أن الطلب على الجرافين سيتزايد في النمو أكثر و أكثر و يعود ذلك أساساً إلى نفقات البحث و التطوير الضخمة من الشركات الكبرى مثل سامسونغ، و كذلك السمات الخاصة للجرافين و قد أعلن الاتحاد الأوروبي في عام 2013، عن خططه لتمويل أبحاث الجرافين التي تدفع الابتكار و نمو الوظائف خلال العقد المقبل لتصل إلى مليار يورو. و للحديث بقية.

نقلا عن موقع : www.manahelalfikr.com