Grafen neydi ve nasıl bulunmuştu?
Kristaller üç boyutlu yapılara sahiptir. Aşağıdaki resimde bir grafit (kömür) kristali görmektesiniz. Bu yapı, altıgen (bal peteği) şeklinde dizilmiş karbon atomlarının, katmanlar halinde dizilmesi ile oluşmaktadır. 2004 yılında Andre Geim ve Kostya Novoselov adlı iki bilim insanı Manchester Üniversitesi’nde üst üste dizilmiş bu altıgen katmanları ayırıp, tek katman grafit elde etmeyi başarmıştır. Bunu başarmak için, oldukça basit bir şekilde grafit bir bloğa Scotch marka, kırtasiyelerde satılan bir bantı yapıştırıp çekmişlerdir. Elde ettikleri tek katmandan oluşan grafit yapıya “Grafen” adı verilmiştir.
Geim ve Novoselov, keşifleriyle 2010’da Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülmüştü. İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, Geim ve Novoselov’a “mucize yapıtaşı grafen üzerine yaptıkları çığır açıcı deneyler” nedeniyle ödül verildiğini açıklamıştı.
Sol tarafta bir grafit (kalem ucu, kömür, vb.) kristalinin örgüsü görülmektedir. Eğer grafitin sadece bir katmanı alınırsa sağda taramalı tünelleme mikroskobu ile görüntülenen grafen yapısı elde edilir. Grafen, diğer kristallerden farklı olarak sadece tek katman boyunca atomlar ihtiva etmektedir, yani aslında grafen 2 boyutlu bir yapıdadır. Bu 2 boyutlu yapı, grafene karakteristik bir takım yapısal, elektronik ve optik özellikler kazandırmaktadır.
Öne çıkan özellikleri
- Dayanıklılık: Grafen, Sp2 hibridizasyonu adı verilen bir bağ şekli sayesinde, belli yönlerdeki kuvvetlere karşı elmas kadar dayanıklıdır. Eğilip bükülmeden kendi ağırlığının 40 bin katını taşıyabilir. Grafenden elde edilen köpük, 1 santimetrekareye 1 tondan daha fazla darbeye dayanabilir. Bu miktar, dünyanın en derin yeri kabul edilen Mariana Çukuru’ndaki basınca denk düşüyor.
- Esneklik: Orijinal boyutunun yüzde 5’ine kadar sıkıştırılabilen süper madde, yeniden kendi biçimine ve büyüklüğüne dönebiliyor. Sıkıştırma işleminin bin kez tekrarlanmasına karşın süper madde hiçbir zarar görmüyor.
- İletkenlik: Kristallerin içerisindeki elektronlar, yarı iletkenlerden tanıdığımız gibi bir bant yapısına sahiptir. Grafen elektronları atom örgüsüyle olan etkileşimlerinden dolayı kütlesiz gibi davranmaktadır (foton gibi). Bu elektronik bant yapısı, grafene oldukça yüksek bir iletkenlik sağlamaktadır. Oda sıcaklığında bile, grafen gümüşten çok daha iyi bir iletkendir. Ancak genelde grafen bir zeminin üzerine yerleştirildiği için, zeminle etkileşmekte ve iletkenliği azalmaktadır.
Nerelerde kullanılır?
Son derece ince bir yapıya ve sıra dışı özelliklere sahip olan grafen, bir dakikada şarj edilen piller, kağıt kadar ince cep telefonları, kurşun geçirmez kıyafetler üretmeye çalışan bilim insanlarının büyük ilgisini çekiyor.
- Akla ilk gelen grafen uygulamalarından biri bükülebilen ekranlardır. Grafen neredeyse tamamen şeffaf bir malzemedir. Grafen ve OLED teknolojisi kullanılarak esnek ekranlar üretmek mümkün. Şu an ürün olarak bulmak mümkün olmasa da, birçok prototip üretilmiş durumda.
- Esnekliğinin ve iletkenliğinin yanı sıra ile karbon bazlı olması (toksik olmaması), grafenin giyilebilir ve medikal uygulamalarda da kullanılmasına imkan tanıyor.
- Grafenin olası bir başka uygulama alanı da pillere alternatif olan süper kapasitörlerdir. Süper kapasitörler, normal kondansatörlerden kat kat fazla yük saklayabildikleri için günümüzde yaşanan pil kapasitesi sıkıntılarını yakın bir gelecekte çözebilir.
- Daha geniş anlamda tüm endüstrileri dönüştürme potansiyeli olan madde, gelecekte insanlığın ”yük”, ”kullanım ömrü”, ”kısıtlı enerji depolama”, ”mekanik yorulma”, ”elektronikte ısınma” kavramları ile olan ilişkisini kökten değiştirebilir.
- Bazı güncel grafen uygulamaları için buraya göz atabilirsiniz.
— Sosyal Medya (@sosyalmedyatv) May 24, 2017