Grafen Nedir? Grafenin Özellikleri ve Kullanım Alanları

Küçüklüğünüzden beri kullandığınız uçlu kalemin ucundan gelecekte dünyayı değiştirebilecek bir malzeme üretilebileceğini hiç düşündünüz mü? Muhtemelen bir çoğunuz bunu aklından bile geçirmedi. İşte nobel ödüllü bu malzeme için ele aldığımız yazımızda Grafen nedir? Grafenin özellikleri ve kullanım alanları nelerdir? sorularını yanıtladık.

Grafen Nedir?

Grafen, karbon atomunun bir atom kalınlığında katmanda meydana gelmiş altıgen örgü şeklinde bir maddedir şeklinde grafen nedir sorusunu yanıtlayabiliriz. Ayrıca kalem uçlarının üretimi gibi birçok uygulamada kullanılan grafitin malzemesinin de yapı taşıdır. Ancak grafen, şaşırtıcı özellikleriyle sürekli mucize materyal olarak adlandırılan dikkat çekici bir maddedir.

Grafenin Özellikleri

Grafen nedir sorusunu yanıtladıktan sonra da nobel ödüllü bu malzemenin özelliklerini de anlamak gereklidir. Grafen bilinen en ince malzemedir. Çok ince olmasına rağmen de çelikten 200 kat daha sağlamdır. Grafen ayrıca mükemmel bir ısı ve elektrik iletkeni olup ilginç ışık absorbe etme yeteneklerine sahiptir. Grafen, hemen hemen tüm endüstriyel uygulamalara entegre edilebilme potansiyelinden dolayı gerçekten de dünyayı değiştirebilecek bir materyaldir.

Fiziksel Özellikleri

• Grafen dünyanın en ince malzemelerinden birisidir
• Bir karbon atomu kalınlığındadır. (yaklaşık 0,34 nm).
• Çelik ve elmastan çok daha sert 2D malzemedir.
• Gerilme dayanıklılığı da oldukça yüksektir.

Elektriksel Özellikleri

• Grafenin oldukça yüksek elektrik akım şiddetine sahiptir bu bakırın 1 milyon katıdır.
• Grafen oda sıcaklığında gümüş de dahil olmak üzere bilinen diğer malzemelerden daha düşük bir öz dirence sahiptir.
• Grafeni süper iletkene dönüştürmek için bazı metotlar da vardır. Bilindiği gibi süper iletkenler elektriği %100’e yakın bir verimle ileten malzemelerdir.

Grafen Isıl İletkenliği

Grafen mükemmel bir ısıl iletkendir. Isıl iletkenliği nanotüpler, grafit ve elmastan daha yüksektir(5000 W/m.K ‘den daha fazla). Grafit, ısıyı her yöne iletir yani izotropik bir iletkendir.

Optik Özellikleri

Grafen, oldukça ince olmasına rağmen hala görülebilir bir malzemedir ve beyaz ışığın %2.3’nü absorbe eder ki bu da 2 boyutlu bir malzeme için oldukça yüksek bir orandır. Bu özellik, grafenin muhteşem elektriksel özellikleriyle birleştirildiğinde, grafenin teorik olarak çok verimli solar hücreler yapılmasında kullanabilmesine olanak sağlar.

Tüm bunların yanı sıra, görünür ışığın %2.3’nü absorbe etmesine rağmen grafen insan gözü için hala transparandır. Bu da transparan iletken gibi malzemelerin yapısında kullanılabilmesini sağlar.

Kimyasal Özellikleri

Grafenin tüm atomları çevre ortamına maruz kalmasına rağmen, inert bir malzeme olduğundan diğer atomlarla kolaylıkla tepkimeye girmez. Ancak grafen diğer atom ve molekülleri absorbe edebilir. Bu da elektronik özellikler üzerinde değişikliğe öncülük eder ve sensör yapımı ya da diğer uygulamalarda kullanılabilir.

Grafen Nerelerde Kullanılır?

Grafen, çok fonksiyonlu bir malzeme olduğundan, gazlar ve metallerde dahil olmak üzere diğer elementlerle üstün özellikleriyle farklı malzemeler üretmek için birleştirilebilir. Dünya genelinde birçok araştırmacı hala grafenin çeşitli özelliklerini ve potansiyel kullanım alanlarını araştırmaktadır. Aşağıda da grafen için potansiyel kullanım alanlarını görebilirsiniz.

• Aküler
• Transistörler
• Bilgisayar Çipleri
• Enerji Üretimi
• Süperkapasitörler
• DNA Dizilimi
• Su Filtreleri
• Antenler
• Dokunmatik Ekranlar
• Güneş hücreleri

Nobel Ödüllü Malzeme: Grafen

2010 Yılı Nobel Fizik ödülü grafen olarak biline tek atom kalınlığındaki katman olarak bilinen grafen maddesini keşfedenlere gitti. İngiltere Manchester Üniversitesi’nden Andre Geim çalışma arkadaşı Konstantin Novoselov ile ödülü paylaştı.

Grafenin Üretimi

Grafen çok heyecan verici bir malzeme olmasına rağmen, bundan yüksek kalitede ürün ortaya koymak hala zor bir iştir. Dünyadaki birçok şirket, CVD tabanlı bir işlem kullanarak sentezlenen yüksek kaliteli tek katmanlı grafenden, daha büyük miktarlarda grafitten üretilen grafen pullarına kadar farklı tiplerde grafen malzeme türleri üretiyor.

Yüksek kaliteli grafen levhalar çoğunlukla Ar-Ge faaliyetlerinde veya sensörler gibi aşırı hassas uygulamalarda kullanılır, ancak büyük hacimlerde ve daha düşük fiyatlarla üretilen grafen pulları, spor malzemeleri, tüketici elektroniği, otomotiv ve daha pek çok uygulamada da kullanılmaktadır.

Grafen Ürünleri

2011 yılının Aralık ayında Vorbeck Materials isimli Amerikan firması, grafen bazlı Vor-Ink devrelerini (aşağıda gösterilmiştir) kullanan hırsızlık önleme cihazının ticari olarak üretilip dünyanın çeşitli bölgelerine postalandığını belirtti ve bu ürün, dünyanın ilk grafen bazlı ticari ürünü oldu.

Grafen ayrıca spor endüstrisinde de kullanılmaya başlandı. Günümüzde, grafen tenis raketleri, kasklar ve kayak malzemeleri gibi ürünlerde kullanılmaktadır.

Grafen, tüketici elektroniği alanında da kullanılıyor. Huawei’nin Mate 20 X akıllı telefonunda ısı yönetimi amacıylar grafen film soğutma teknolojisi mevcut. Otomotiv sektöründe de Ford 2019 F-150 ve Mustang araçlarında gürültülü parçalar için grafen katkılı köpük kapaklar kullanıyor.

Birçok şirket grafen ve grafen bazlı ürünleri sunuyor. Bu firmaların listelerine buradan erişebilirsiniz.

Kaynak: Graphene-Info

Bu yazımız ile grafen nedir nerelerde kullanılır özellikleri nelerdir gibi sorulara cevap aradık. Bu konuyla ilgili görüş ve önerilerinizi merak ediyoruz. Lütfen bunları yorum olarak belirtmeyi unutmayın.