“الجرافين سيغير العالم”: الرئيس يستخدم “المادة الفائقة” في حرب الرقائق الدقيقة العالمية | قطاع التصنيع

تأول ما يراه زوار مختبر باراجراف، في قرية سومرشام في كمبريدجشير، هو قرص رفيع مصنوع من الياقوت الاصطناعي مع قطعة من الجرافين مثبتة عليه. كان هذا أول منتج للجرافين تصنعه الشركة، وسرعان ما تطور إلى رقاقة صغيرة مكونة من 64 جهاز جرافين صغير مرتبة في شبكة. وفي هذه الأيام، تنتج الشركة رقائق بحجم 6 بوصات تحتوي على 9000 شريحة.

يستخدم الجرافين، وهو شكل ثنائي الأبعاد من الكربون، مع ترتيب ذراته في هيكل سداسي، بشكل أساسي لتقوية الخرسانة والدهانات، ولكن يتم الترويج له الآن كبديل للسيليكون في أشباه الموصلات. بدأت الصين في استخدامه للمضي قدمًا في حروب الرقائق الدقيقة العالمية.

يقول سيمون توماس، إن المملكة المتحدة بحاجة إلى بذل كل ما في وسعها لتجنب الخسارة أمام الصين والولايات المتحدة في السباق لاختراق التكنولوجيا. أسس باراغراف في عام 2017 مع البروفيسور السير كولين همفريز والمدير الفني إيفور جيني، الذين عملوا جميعًا معًا في جامعة كامبريدج، كجامعة منبثقة.

يتم استخراج الجرافين، الذي يُوصف بأنه “مادة فائقة الجودة”، من الجرافيت، وهو الشكل البلوري للكربون المستخدم في صنع أقلام الرصاص، ويأتي على شكل صفيحة شبكية يبلغ سمكها ذرة واحدة فقط. ويعتقد توماس أنها “ستغير العالم بشكل جذري”، وتغير الطريقة التي يتم بها تصنيع كل شيء من الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر إلى السيارات الكهربائية والرعاية الصحية والمعدات العسكرية.

يمكن ارتداء الهواتف الذكية المصنوعة باستخدام هذه المادة على معصمك، ويمكن لف أقراص الجرافين مثل الصحيفة، وفقًا لجامعة مانشستر، حيث تم إنتاج الجرافين لأول مرة في عام 2004.

يقول توماس، الذي يرتدي بدلة زرقاء مع حذاء مطابق وقميص مزهر: “سيغير الجرافين وغيره من المواد ثنائية الأبعاد الوضع الراهن لتوفير تقنيات لم نشهدها من قبل، ومستويات أداء لم نشهدها من قبل. وفي الإلكترونيات سيكون له تأثير كبير على تقليل استهلاك الطاقة وإنشاء أشباه موصلات أسرع.

وتشمل الاستخدامات المحتملة الحوسبة الكمومية، وأجهزة الاستشعار المغناطيسية في جيل جديد من ماسحات التصوير بالرنين المغناطيسي، والتكنولوجيا الاستهلاكية مثل طائرات التوصيل بدون طيار.

الجرافين هو أحد أقوى وأنحف المواد الموجودة على الإطلاق، فهو أصلب بكثير من الفولاذ ولكنه أخف من الورق، وأصعب من الماس ولكنه أكثر مرونة من المطاط. كما أنه فعال للغاية في توصيل الحرارة والكهرباء.

تعد شركة باراغراف من بين الشركات الأولى في العالم التي تنتج كميات كبيرة من الأجهزة القائمة على الجرافين، بما في ذلك أجهزة الاستشعار للسيارات الكهربائية.

وفي مختبر سومرشام، ينتج مفاعلان – صناديق كبيرة الجزء الرئيسي منها على شكل فرن بيتزا – ما يكفي من الجرافين لصنع 150 ألف جهاز استشعار يوميا. يستخدم باراغراف المادة بطريقتين: قياس المجالات المغناطيسية، وتحويل الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والفيروسات إلى إشارات كهربائية عن طريق الجمع بين الجرافين وطبقة رطبة من الكيمياء كمستشعر حيوي.

ألقى باراغراف بثقله وراء أجهزة الاستشعار الحيوية، التي يمكنها اكتشاف الفرق بين الالتهابات الفيروسية والبكتيرية لتحديد ما إذا كان الشخص يحتاج إلى المضادات الحيوية. ويمكنه أيضًا الكشف عن وجود حالات مثل كوفيد-19، أو اكتشاف الأمراض المعدية في النباتات أو الحيوانات.

ومن أجل توسيع قدرتها في هذا المجال، استحوذت باراجراف على شركة أجهزة الاستشعار الحيوية، وهي شركة كارديا بيو في سان دييغو، في أبريل. سيتم تصنيع الأجهزة في موقع جديد على بعد أميال قليلة في هانتينجدون.

عمل توماس في مجال أشباه الموصلات والمواد المركبة لشركة الهندسة الألمانية Aixtron لمدة 11 عامًا، بما في ذلك فترات في آسيا. عندما عاد إلى المملكة المتحدة في عام 2015، همفريز وتساءلوا عما إذا كان بإمكانهم العمل معًا، إنشاء الجرافين على نطاق أوسع.

كان من الممكن أن تكون الأمور مختلفة تمامًا بسهولة. كان توماس مهتمًا بالعلوم منذ الطفولة، لكنه أحب الرسم والتلوين أيضًا. لقد فكر في الحصول على شهادة في الفنون الجميلة، لكن أحد المعلمين نصحه بعدم القيام بذلك، وقام بدراسة هندسة الطيران في جامعة ليفربول بدلاً من ذلك.

يطلق توماس على خلفيته اسم “الطبقة العاملة”: كان والده يعمل في مجال مطابقة الألوان في أحد المصانع، وكانت والدته تعمل كمساعدة تدريس. يتذكر توماس قائلاً: “لم يكن لدينا الكثير، ولكن في الجزء الخلفي من القاموس كان لديهم جدول دوري”. كان يحفظ معظم جدول العناصر الكيميائية عن ظهر قلب في سن السادسة.

في ليفربول، ذهب توماس للحصول على درجة الدكتوراه في هندسة المواد.

وبعد أكثر من عقد من الزمن، انضم إلى فريق أبحاث همفريز في جامعة كامبريدج، وقاموا لاحقًا بتأسيس باراغراف: الاسم اختصار لـ Paradigm Graphene.

وقد اجتذبت الشركة حوالي 70 مليون جنيه استرليني من التمويل حتى الآن، وتخطط لإدراجها في سوق الأوراق المالية في السنوات الأربع أو الخمس المقبلة. يقول توماس: “أود بالتأكيد تنمية شركة تصنيع هنا، وتنميتها لتصبح شركة مربحة، وإدراجها في المملكة المتحدة”، على الرغم من أنه لا يستبعد الإدراج في بورصة ناسداك.

ومن بين المستثمرين وزارة الخزانة البريطانية وIn-Q-Tel، وهي شركة رأس مال استثماري مرتبطة بوكالة المخابرات المركزية، والتي ستساعد باراغراف على التوسع في الولايات المتحدة. ومن بين الداعمين الأوائل لها كان هيرمان هاوزر، الذي ساعد في إنشاء شركة “آرم” لتصميم الرقائق في كامبريدج. تمتلك شركته الاستثمارية أماديوس كابيتال بارتنرز حصة 6.7٪ في باراغراف.

تكبدت باراغراف خسارة قبل الضريبة بقيمة 11 مليون جنيه إسترليني في عام 2022، بعد خسارة 6.4 مليون جنيه إسترليني في العام السابق، حيث فاقت الزيادة في تكاليف الموظفين والمواد زيادة الإيرادات بنحو سبعة أضعاف إلى ما يقرب من 230 ألف جنيه إسترليني.

وقد اجتذب مثل هذا النمو الاهتمام بالاستحواذ من الصين، لكن توماس ومجلس الإدارة رفضوا هذه الأساليب، التي كانت تتطلب الانتقال إلى البلاد. يقول: “لقد كان عرضًا جذابًا للغاية”. “المشكلة في أخذ الأموال من الصين هي أنها لا تأتي دون تدخل الحكومة”.

حاولت الصين احتكار سوق الجرافين. ويقول رون ميرتنز، صاحب موقع Graphene-Info، إن ما يقدر بنحو 5000 شركة تعمل الآن على منتجات الجرافين هناك.

تستخدم الشركة المصنعة الصينية هواوي الجرافين في هاتفها الصدفي Pocket S، ويقال إن شركة آبل تختبر أفلام الجرافين لجهاز iPhone 16، لتجنب ارتفاع درجة الحرارة.

قبل بضعة أشهر، أعلنت الصين أنها تعتزم إنتاج الرقائق الدقيقة بكميات كبيرة باستخدام الجرافين بدلا من السيليكون، مما سيؤدي إلى تحول كامل بحلول عام 2025، على الرغم من أن هذا الادعاء قوبل بالتشكيك في الغرب.

توماس متشجع بطموح الدولة الآسيوية: “لقد رأوا النور بالفعل. لقد رأوا حقيقة أن هذه المادة ستكون مادة مستقبلية كبيرة، وهم ملتزمون بذلك.

ومع ذلك، فإن العديد من شركات الجرافين تكافح من أجل توليد الإيرادات وجمع التمويل، وقد فشل بعضها. قامت إحدى الشركات المتخصصة الأولى، وهي شركة Applied Graphene Materials في دورهام، ببيع أعمالها الرئيسية لشركة كندية وقامت بإنهاء الباقي. قامت شركة Versarien في جلوسيسترشاير بتقليص حجم فريقها البحثي لخفض التكاليف.

في أيار (مايو) الماضي، أعلنت الحكومة عن استثمار بقيمة مليار جنيه استرليني في صناعة أشباه الموصلات في المملكة المتحدة على مدى العقد المقبل، وهو مبلغ يتضاءل مقارنة بمبلغ 52 مليار دولار الذي تنفقه الولايات المتحدة.

يقول توماس: “إذا أردنا أن نكون في الطليعة، علينا أن نحصل على الدعم”. “إن النقد أمر جيد دائمًا، ولكنه يعني التزامات من الحكومة لمساعدتنا على الازدهار في المملكة المتحدة. التزامات بشأن كيفية مساعدتنا في الحصول على المواهب، وكيف سيساعدوننا في إنشاء البنية التحتية، وكيف سيساعدوننا في التجارة مع البلدان الأخرى.

السيرة الذاتية

عمر 46

عائلة أعزب.

تعليم ماجستير في هندسة الطيران، ودكتوراه في علوم وهندسة المواد، في جامعة ليفربول.

العطلة الماضية تينيريفي.

أفضل نصيحة أعطيت له “دافع دائمًا عما هو صواب وما تؤمن به، حتى لو كنت تقف بمفردك.”

“أكبر خطأ مهني”أصبحت مرتاحًا للغاية في الوظيفة وأدركت بعد فوات الأوان أنه كان ينبغي عليّ الانتقال إليها قبل سنوات عديدة.

كلمة يبالغ في استخدامها ““قابل للتكامل – ليست حتى كلمة حقيقية ولكنها مهمة جدًا لإدخال مواد جديدة إلى عالم أشباه الموصلات.”

كيف يرتاح “عندما يكون ذلك ممكنا، الجري والنوم.”