به گزارش خبرگزاری ایمنا، در عصر حاضر که فناوری‌های نوین روز به روز به تحولی چشمگیر دست‌پیدا کند، گرافن به عنوان یکی از معجزه‌های علمی و نوآوری‌های برتر در حوزه‌های مهندسی الکترونیک و پزشکی شناخته می‌شود. گرافن، که از یک لایه تک‌اتمی کربن تشکیل شده و دارای ساختار هگزاگونال است، به واسطه ویژگی‌های استثنایی نظیر رسانایی الکتریکی بالا، استحکام مکانیکی فوق‌العاده، انعطاف‌پذیری و شفافیت بی‌نظیر، افق‌های تازه‌ای در طراحی و ساخت دستگاه‌های الکترونیکی و فناوری‌های پزشکی گشوده است.
فروغ عبدالهی، از چهره‌های برجسته و متخصص در زمینه فناوری‌های نوین و نانومواد، با سال‌ها تجربه پژوهشی و اجرایی در پروژه‌های علمی و صنعتی، همواره تأکید کرده که گرافن می‌تواند مرزهای فناوری را در حوزه‌های مختلف به چالش بکشد و تحولاتی بنیادین ایجاد کند. در همین راستا در گفت‌وگویی با وی به بررسی عمیق ویژگی‌ها، کاربردها، چالش‌ها و افق‌های پیش رو در استفاده از گرافن در مهندسی الکترونیک و پزشکی پرداخته‌ایم.
ایمنا: به معرفی اجمالی گرافن بپردازید و توضیح دهید چرا این ماده به عنوان یک معجزه در علم امروز تلقی می‌شود؟
عبدالهی: گرافن در واقع یک لایه تک‌اتمی از اتم‌های کربن است که در یک ساختار دوبعدی هگزاگونال قرار گرفته‌اند. این ماده به واسطه‌ی ویژگی‌های بی‌نظیرش، همچون رسانایی الکتریکی و حرارتی بسیار بالا، استحکام مکانیکی چشمگیر، انعطاف‌پذیری فوق‌العاده و شفافیت، توانسته است جایگاه ویژه‌ای در میان مواد نانو به دست آورد. به همین دلایل است که از گرافن اغلب به عنوان معجزه‌ای در دنیای علم و فناوری یاد می‌شود؛ چرا که این ماده توانسته است مرزهای طراحی دستگاه‌های الکترونیکی و فناوری‌های پزشکی را به چالش بکشد و امکاناتی را فراهم کند که پیش از این تصور نمی‌شد.
ایمنا: یکی از ویژگی‌های برجسته گرافن، رسانایی فوق‌العاده الکتریکی آن است، درباره اهمیت این ویژگی در مهندسی الکترونیک بیشتر توضیح دهید.
عبدالهی: رسانایی بالا یکی از مهم‌ترین دلایلی است که گرافن را در زمینه مهندسی الکترونیک مورد توجه قرار داده است. الکترون‌ها در گرافن با سرعت بسیار بالا حرکت می‌کنند و این امر موجب می‌شود تا تلفات انرژی در مدارها به حداقل برسد. به عبارت دیگر، استفاده از گرافن در ساخت ترانزیستورها، مدارهای مجتمع و سایر اجزای الکترونیکی، موجب افزایش سرعت پردازش و کاهش مصرف انرژی می‌شود. در صنایع ارتباطی و رایانه‌ای، کاهش تلفات و بهبود کارایی سیستم‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است؛ امری که گرافن به واسطه‌ی ویژگی‌های منحصر به فرد خود قادر به فراهم آوردن آن است.
ایمنا: علاوه بر ویژگی‌های الکترونیکی، خواص مکانیکی گرافن نیز بسیار چشمگیر است، چگونه استحکام و انعطاف‌پذیری این ماده می‌تواند در توسعه فناوری‌های نوین مؤثر باشد؟
عبدالهی: استحکام مکانیکی گرافن به گونه‌ای است که از فولاد مقاوم‌تر است، در حالی که وزن بسیار کمتری دارد. این ویژگی، به همراه انعطاف‌پذیری فوق‌العاده آن، امکان ساخت دستگاه‌هایی را می‌دهد که هم سبک و هم مقاوم باشند. به عنوان مثال، در ساخت صفحات نمایش خمیده و فناوری‌های پوشیدنی، نیاز به موادی داریم که علاوه بر انعطاف‌پذیری، مقاومت بالایی در برابر ضربه و فشار داشته باشند. گرافن دقیقاً این خواص را داراست؛ از همین رو در صنایع الکترونیک مدرن، کاربردهای گسترده‌ای در طراحی گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و سایر دستگاه‌های قابل انعطاف پیدا کرده است. همچنین، در طراحی پوشیدنی‌های پزشکی همچون حسگرهای سلامت و دستگاه‌های پایش بیومتریک، این ویژگی‌ها بسیار ارزشمند هستند.
ایمنا: توضیح کاربردهای گرافن در زمینه‌های مختلف پزشکی بپردازید؟
عبدالهی: کاربرد گرافن در پزشکی بسیار گسترده و نویدبخش است. یکی از مهم‌ترین کاربردهای آن در زمینه حسگرهای زیستی است. حسگرهای برپایه‌ی گرافن می‌توانند تغییرات بسیار ریز در سطح سلولی و مولکولی را تشخیص دهند. این حسگرها در تشخیص زودهنگام بیماری‌هایی نظیر سرطان، آلزایمر و بیماری‌های قلبی نقشی حیاتی ایفا می‌کنند. علاوه بر این، گرافن به عنوان یک حامل دارویی در دارورسانی هدفمند کاربرد دارد. به کمک قابلیت‌های سطحی و تغییرپذیری شیمیایی گرافن، می‌توان داروها را به صورت کنترل‌شده به نقاط مشخص در بدن انتقال داد؛ امری که به کاهش عوارض جانبی و افزایش کارایی درمان‌های دارویی کمک می‌کند، همچنین در تصویربرداری پزشکی، گرافن به عنوان یک تقویت‌کننده سیگنال در روش‌های تصویربرداری پیشرفته همچون MRI و CT به کار گرفته می‌شود. به کمک این ماده، می‌توان تصاویر با وضوح و دقت بسیار بالا از بافت‌های داخلی بدن به دست آورد که در تشخیص و پیگیری درمان‌های پزشکی بسیار مؤثر است. از سوی دیگر، در مهندسی بافت نیز گرافن می‌تواند به عنوان یک بستر رشد سلولی عمل کند؛ یعنی با ترکیب آن با مواد زیست‌سازگار دیگر، امکان ایجاد ماتریس‌های مناسب برای بازسازی بافت‌های آسیب دیده فراهم می‌شود.
ایمنا: از دیدگاه شما، مهم‌ترین چالش‌های موجود در زمینه تولید انبوه و کاربردهای صنعتی گرافن چیست؟
عبدالهی: درست است که گرافن دارای ویژگی‌های شگفت‌انگیز است، اما همچنان چالش‌هایی در مسیر تجاری‌سازی و تولید انبوه آن وجود دارد. یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها، کنترل دقیق در فرآیند تولید لایه‌های یک اتمی و تضمین یکنواختی خواص ماده است. تولید گرافن با کیفیت بالا به صورت انبوه نیازمند روش‌های پیشرفته و هزینه‌بر است که در حال حاضر محدودیت‌هایی از نظر فناوری و اقتصادی به همراه دارد، همچنین یکپارچه‌سازی گرافن با سیستم‌ها و دستگاه‌های موجود در صنایع مختلف، نیازمند استانداردسازی و همکاری‌های گسترده بین دانشگاه، صنعت و مراکز تحقیقاتی است. مسائل مربوط به ایمنی و زیست‌سازگاری نیز باید مورد بررسی قرار گیرند تا از بروز اثرات منفی احتمالی بر سلامت انسان و محیط زیست جلوگیری شود. در مجموع، اگرچه گرافن پتانسیل بالایی دارد، اما نیازمند سرمایه‌گذاری‌های کلان و تحقیقات بیشتر در زمینه بهبود فرآیندهای تولید و کاربردهای آن هستیم.
ایمنا: با توجه به چالش‌های موجود، چه راهکارهایی برای بهبود تولید و کاربردهای گرافن پیشنهاد می‌دهید؟
عبدالهی: راهکارهای متعددی برای غلبه بر چالش‌های موجود در زمینه گرافن پیشنهاد می‌شود. نخستین قدم، افزایش سرمایه‌گذاری در پژوهش‌های بنیادی و کاربردی است. دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی باید با همکاری نزدیک با صنایع مرتبط، روش‌های نوین و مقرون به صرفه‌ای برای تولید گرافن توسعه دهند. به عنوان مثال، استفاده از روش‌های شیمیایی و فیزیکی جدید می‌تواند به کنترل دقیق‌تر فرآیند سنتز و کاهش هزینه‌های تولید کمک کند.
راهکار دیگر، ایجاد شبکه‌های همکاری میان دانشگاه، صنعت و دولت است. چنین همکاری‌هایی می‌تواند به تبادل دانش و تجربیات و همچنین انتقال فناوری از آزمایشگاه به بازار منجر شود. همچنین، تدوین سیاست‌های حمایتی و ارائه یارانه‌های مالی از سوی دولت، می‌تواند انگیزه شرکت‌های نوپا و استارت‌آپ‌ها را برای ورود به این حوزه افزایش دهد. در نهایت، توسعه زیرساخت‌های لازم برای یکپارچه‌سازی گرافن در سیستم‌های صنعتی و پزشکی، از جمله مواردی است که باید در دستور کار قرار گیرد.
ایمنا: در زمینه پزشکی، با توجه به کاربردهای گسترده گرافن، آینده این فناوری در چه حوزه‌هایی بیشترین تأثیر را خواهد داشت؟
عبدالهی: گرافن در حوزه پزشکی افق‌های گسترده‌ای را پیش رو دارد. یکی از مهم‌ترین زمینه‌ها، حسگرهای زیستی است که می‌توانند در تشخیص زودهنگام بیماری‌های جدی نقش اساسی ایفا کنند. با توسعه حسگرهای برپایه‌ی گرافن، پزشکان قادر خواهند بود تغییرات کوچک در سطح سلولی و مولکولی را به سرعت شناسایی کنند و درمان‌های به موقع را آغاز کند، همچنین کاربرد گرافن در دارورسانی هدفمند، آینده روش‌های درمانی را تغییر خواهد داد. با استفاده از گرافن به عنوان حامل دارویی، می‌توان داروها را به صورت دقیق و کنترل‌شده به نقاط مورد نظر در بدن انتقال داد و اثرات جانبی را به حداقل رساند. این فناوری به ویژه در درمان سرطان و بیماری‌های مزمن می‌تواند تحول عظیمی ایجاد کند.
علاوه بر این، در حوزه تصویربرداری پزشکی، استفاده از گرافن به عنوان تقویت‌کننده سیگنال، تصاویر با وضوح بالا و جزئیات دقیق را فراهم می‌کند که در تشخیص دقیق بیماری‌ها بسیار مهم است، همچنین گرافن در مهندسی بافت می‌تواند به عنوان یک بستر رشد سلولی برای بازسازی بافت‌های آسیب‌دیده، نقش حیاتی داشته باشد، بنابراین می‌توان انتظار داشت که در سال‌های آینده شاهد تحولات چشمگیری در استفاده از گرافن در تشخیص، درمان و بازسازی بافت‌ها باشیم.
ایمنا: با توجه به بحث‌های انجام‌شده، چگونه می‌توان تأثیر گرافن را بر صنعت الکترونیک استفاده کرد؟
عبدالهی: گرافن با ویژگی‌های منحصر به فرد خود، پتانسیل ایجاد انقلابی در هر دو حوزه الکترونیک و پزشکی را داراست. در صنعت الکترونیک، استفاده از گرافن می‌تواند موجب ساخت دستگاه‌هایی با سرعت پردازش بسیار بالا، مصرف انرژی پایین و قابلیت انعطاف‌پذیری بی‌نظیر شود. این امر نه‌تنها عملکرد دستگاه‌های هوشمند را بهبود می‌بخشد، بلکه امکان طراحی محصولات نوین همچون صفحات نمایش خمیده و پوشیدنی‌های هوشمند را فراهم می‌آورد.
در حوزه پزشکی نیز، گرافن می‌تواند به عنوان عاملی کلیدی در تشخیص سریع و دقیق بیماری‌ها، بهبود روش‌های دارورسانی و افزایش کارایی تصویربرداری پزشکی عمل کند. بنابراین، از منظر کلی می‌توان گفت که گرافن نه تنها در بهبود عملکرد فناوری‌های موجود، بلکه در ایجاد محصولات و راهکارهای نوین نقشی انقلابی ایفا خواهد کرد.
ایمنا: با نگاهی به آینده، چه انتظارات و پیش‌بینی‌هایی از پیشرفت‌های آتی در زمینه گرافن دارید؟
عبدالهی: انتظار می‌رود که در آینده نزدیک، با پیشرفت‌های علمی و فنی، فناوری گرافن به صورت گسترده در صنایع مختلف به کار گرفته شود. ما شاهد افزایش استفاده از گرافن در ساخت نانوچیپ‌ها، حسگرهای پیشرفته و سیستم‌های دارورسانی هدفمند خواهیم بود. همچنین، توسعه روش‌های مقرون‌به‌صرفه برای تولید انبوه گرافن می‌تواند این فناوری را به سطحی برساند که در بازارهای جهانی به عنوان یک ماده‌ی کلیدی مورد استفاده قرار گیرد.
پیش‌بینی می‌کنم که در دهه آینده شاهد ظهور محصولات تجاری بر پایه گرافن خواهیم بود که نه تنها عملکرد الکترونیکی و پزشکی را بهبود می‌بخشد، بلکه زمینه‌ساز ایجاد صنایع نوین و بازارهای جدیدی در حوزه فناوری‌های پیشرفته خواهد شد. از سوی دیگر، انتظار دارم که تحقیقات در زمینه ایمنی و زیست‌سازگاری گرافن، به ارائه راهکارهای جامع جهت استفاده بهینه از این ماده منجر شود.
ایمنا: چه پیامی برای جوانان و پژوهشگران علاقه‌مند به فناوری‌های نوین، به ویژه در زمینه گرافن و نانومواد دارید؟
عبدالهی: پیام من به جوانان این است که به نوآوری و خلاقیت ایمان داشته باشند. فناوری‌های نوین همچون گرافن، دروازه‌ای به سوی آینده‌ای روشن هستند و نیازمند ایده‌های نو و پژوهش‌های بی‌وقفه می‌باشند. اگر شما با اشتیاق و انگیزه وارد این عرصه شوید، می‌توانید در ایجاد تغییرات مثبت در جامعه سهم داشته باشید. همچنین، همکاری‌های بین‌رشته‌ای و تبادل دانش با متخصصان در حوزه‌های مختلف، کلید موفقیت در رسیدن به نوآوری‌های بزرگ است.
به پژوهشگران توصیه می‌کنم که از چالش‌های موجود نترسند؛ زیرا هر چالشی می‌تواند فرصت مناسبی برای ایجاد راهکارهای نوین باشد. پیشرفت‌های علمی در زمینه گرافن تنها با تلاش مداوم، همکاری‌های گسترده و استفاده از فناوری‌های پیشرفته امکان‌پذیر است. به عنوان نسل آینده، شما می‌توانید مسیر تحول را رقم بزنید و نقش مهمی در تغییرات بنیادین در صنایع الکترونیک و پزشکی ایفا کنید.
نظر شما