Grafen nedir?

Grafen nedir?

Grafen mucizeler ile dolu bir maddedir. İnsanlar bu maddeyi içeren ve kendilerine yardımcı olan birçok araç kullanmaktadır. Elektriği çok hızlı bir şekilde iletmesi nedeniyle cep telefonu ve şarja ihtiyaç duyulan tüm alanlarla ilgili odağı olmaya devam ediyor. Grafen teknolojik ürünlerde kullanımı giderek artmasıyla ön plana çıkmaya devam ediyor. Geleceğin petrol ve doğalgazdan ziyade elektriğin üzerine kurulacağı göz önüne alınırsa grafen teknolojisinde ilerleyen kurumlar önemli avantajlar elde edecek.

Harika madde yakıştırması yapılan grafen, teknolojide devrim niteliğinde gelişmelere yol açan, karbon atomlarının iki boyutlu bal peteği düzenidir. Grafen, altıgen bir kafes içinde düzenlenmiş tek atom kalınlığında bir karbon atomu tabakasıdır. Grafitin yapı taşıdır ve kendi başına olağanüstü bir maddedir.

Grafen, altıgen bir petek örgüsüne sıkıca bağlı tek bir karbon atomu katmanıdır. Grafen katmanları birbirinin üzerine istiflenmiş bir düzlem aralığı ile grafiti oluşturmaktadır.

Periyodik tablodaki en ilginç elementlerden biri Karbon atomudur. Karbonun grafit ve elmas gibi gündelik hayattan çok iyi bilinen allotroplarının yanında nanotüp ve fulleren gibi yeni sentezlenen formları da mevcuttur. Özellikle karbon nanotüpler ve C60 (fulleren) molekülleri ilk sentezlendikleri yıllardan günümüze kadar katı hal fiziğinin son derece aktif araştırma alanları arasına girmiştir. Bal peteği kristal yapısında, sp2 melezleşmesi yapan; grafitin, nanotüpün ve C60’ın ana yapıtaşı olan grafen, 2004 yılında sentezlenebilmiştir. İngilizce’de graphite ve ene kelimelerinden türetilen graphene terimi Türkçe’de grafen olarak isimlendirilmiştir.

Grafenin yapısı nasıldır?

Evrende rastladığımız malzemelerin neredeyse hepsi üç boyutludur. Bilim insanları, bir malzemenin özellikleri iki boyutlu düzende olduğunda nasıl değiştiğiyle ilgili henüz çok az bir bilgiye sahiptir. Grafenin özellikleri de karbonun üç boyutlu düzeni olan grafitten çok farklıdır. Bu sebeple grafen araştırmaları malzemelerin iki boyutlu düzende nasıl özellikler kazandığını tahmin etmemizde oldukça yararlıdır.

Grafenin özellikleri nelerdir?

Grafen dünyası tek katman, altıgen düzende karbon atomları anlamına gelmektedir. Eğer grafen başka bir düzende ise, bu özellikle belirtilmiştir. Örneğin çift katmanlı grafen ya da çok katmanlı grafen, bu malzemenin diğer formlarıdır.

Elmasta ve grafitte olduğu gibi grafen bir karbon allotropudur. Daha da detaylandıracak olursak, grafen sp2 bağlı karbon atomlarından oluşmuştur ve atomları arasında 0.142 nm molekül bağ uzaklığı vardır.

Grafenin en önemli üç özelliği çelikten 100 ile 300 kat arası daha sağlam olması, şu ana kadarki bilinen oda sıcaklığında en iyi iletken olması ve esnek olmasıdır.

Grafen bilinen en ince ve en hafif malzemedir.

Grafen saydamdır.

Grafen, bir atom kalınlığında insan tarafından bilinen en ince malzemedir. Aynı zamanda şaşırılacak derecede güce sahiptir. Daha da ayrıntı vermek gerekirse çelikten yaklaşık 200 kat daha güçlüdür. Bununla birlikte grafen, mükemmel bir ısı ve elektrik iletkenidir ve ilginç ışık emme yeteneklerine sahiptir. Neredeyse tüm endüstrilerde sınırsız entegrasyon potansiyeli ile dünyayı değiştirebilecek bir maddedir.

Grafenin en önemli özelliği elektriği çok hızlı iletmesidir. Elektronik devrelerde kullanılan ve elektriği çok iyi ilettiği bilinen bakırdan bile kat kat daha hızlı bir iletkendir. İşin garibi grafen karbon temelli bir ametaldir. Bu da metal olmadan elektriğin iletilmesi söz konusu olduğunda grafenin önemini daha da artırmaktadır. Elektrik, bu basit bal peteği grafen yaprağı üzerinden çok hızlı akmaktadır. Bilinen bir çok iletken metaldir, fakat grafen karbon temelli bir ametaldir. Bu sebeple, elektrik akımını metal olmadan iletmek durumunda kalacağımız koşullar için grafen araştırmaları önemlidir.

Çok küçük bir alanda elektrik iletimi sağlayabildiği için, grafen minyatürize edilmiş süper hızlı bilgisayar ve transistör araştırmalarında oldukça önemlidir. Bu cihazlar çalışmak için çok küçük miktarda güce ihtiyaç duymalıdırlar. Grafen ayrıca esnek, güçlü ve şeffaftır. Şeffaf, güçlü ve esnek bir yapıda olan grafen minyatürize edilmiş elektronik malzemeleri üretmek için de kullanılabilir. Bu teknoloji ile ileride kolumuzdaki akıllı saatler, günümüzün süper bilgisayarları kadar güçlü olabilir.

Grafen çok zor elde edilen bir malzeme değildir, öyle ki evde kurşun kalem ile kağıt üzerine bir çizgi çektiğinizde, üst üste birçok grafen yaprağı elde etmiş olursunuz. Eğer bir silgi yardımı ile bu katmanları tek bir katman haline gelecek şekilde temizleyebilirseniz, grafen elde edebilirsiniz.

Grafen Hangi Alanlarda Kullanılır?

Oldukça geniş bir kullanım alanına sahip ola grafen, birçok önemli konularda insanlığa yardımcı olmaktadır. Grafen araştırmalarında bilim adamları henüz yolun çok başında olmalarına rağmen geliştirilmekte olan bazı teknolojiler ve kullanım alanları şunlardır.

Bataryaların ultra hızlı şarj edilmesi
Bataryaların yerini alabilecek süperkapasitörler
Beyin bilgisayarı adı verilen ve beynin sırlarını çözmeye çalışan bir makinenin icadı üzerine çalışılmaktadır.
Diş ve kemiklerin tedavisinde grafen ilk tercihler arasında yer almaktadır.
Diyabet kontrollerinde grafenin özelliklerinden faydalanılmaktadır.
Daha sağlam ve hafif uçaklar ve koruma ekipmanları
Doğrudan vücuttaki nöronlara bağlanabilen biyonik cihazlar
Doğum kontrolü konusunda grafen yardımcı olmaktadır.
Doku yenilenmesinde yardımcı malzeme olarak kullanmak
Genetik hastalıkların tedavisinde grafen kullanılmaktadır.
Giyilebilir elektronik cihazlarda akü görevi görmektedir.
Grafen temelli güncellenebilen elektronik kağıtlar
Güçlü ve daha dengeli aletler ve spor ekipmanları üretilmesi (tenis raketi gibi)
Güneş pillerinde kullanılmaktadır. Yapısal özellikleri sayesinde güneş pilleri üretilmektedir.
Hızlı flash hafızalar
Kanser tedavisinde grafen kullanılmaktadır. Kanserli hücrelerin erken teşhis edilmesinde grafen oldukça fazla yardımcı olmaktadır.
Kurşun kalemlerde grafen bulunmaktadır.
Küçük ve verimli biyosensör cihazlar
Nükleer santrallerde soğutma işleminde grafenden faydalanılmaktadır.
Radyoaktif atıkların daha kolay temizlenebilmesi
Su geçirmeyen kıyafetler
Tuzlu suyu, içilebilir suya dönüştürmek