Grafen nedir? Grafen çok sayıda şaşırtıcı özelliğe sahip fiziksel ve elektromanyetik nitelikleri sayesinde gelecekteki birçok teknolojinin baş rolü olacağı düşünülen bir malzemedir. Kimilerince “mucizevi malzeme’’ olarak da adlandırılan grafen fizik ve mühendisliğin geleceği için çok büyük bir adım olabilir.
Grafeni ince bir grafit tabakası olarak da tanımlayabiliriz. Grafit ise karbon elementinin allotropudur. Bir grafendeki her bir karbon atomu ona uygun açılarda üç karbon atomuna bağlanır ve hepsinin bir araya gelmesiyle petek benzeri bir yapı oluşur. Bu bağlar sonrası yapı önemli ölçüde sağlamlık kazanır. Karbon elementi bağlanmak için 4 elektrona sahip olduğundan, 3 karbon elementiyle bağlandığı zaman geriye bir elektron boşta kalır. Bu da malzemeye süper iletken özellikler kazandırır ve grafeni gelişmiş birçok elektronik cihazda kullanım için uygun bir konuma getirir.
Peki ilk grafen nedir ve nasıl bulundu? Aslında senelerdir bilim adamları grafitin izole edilip edilemeyeceğini düşünüyorlardı. Yakın zamana kadar grafen fikri sadece bir teoriydi çünkü araştırmacılar grafiti atom inceliğinde bölmenin bir yolunu bulamıyorlardı. 2004 senesinde Manchester Üniversitesi’nden iki araştırmacı, Kostya Novoselov ve Andre Geim, bir grafit bloğunu cilalamak için bant kullanıyorlardı. İşlem sonunda bantta kalan ince pullar olduğunu fark ettiler. İşte bu grafendi! Grafeni, grafitten soyarak üzerinde çalışmak için yeterli miktarda üretmeyi başardılar. Bu çığır açan çalışmaları onlara Nobel Ödülü kazandırdı.
Grafen Nedir? Grafenin Özellikleri
- Grafen şu anda dünyanın en iyi elektrik iletkenlerinden biridir. Grafendeki karbon atomlarının atomik düzenlemesi, elektronların oldukça yüksek hızda hareket etmesini sağlar ve bu da diğer tipik iletkenlerde kaybolan enerjiden tasarruf edilmesine sebep olur. Uzmanlar ayrıca grafenin, asla iletken olmayı bırakmadığını da keşfettiler.
- Grafen sahip olduğu 130 GPa çekme mukavemeti sayesinde çelikten 100 kat daha güçlü bir malzemedir. Bu da onu evrendeki en güçlü malzemelerden biri yapar.
- Grafen, küçük ölçekte çok sağlam bir gerilme direncine sahiptir. İnce bir kristalize çeliğe kıyasla parçalanması 6-7 kat daha zordur. Hatta daha az ideal olan çeliklerle karşılaştırıldığında gerilme direncinin yüzlerce kat daha güçlü olduğu öne sürülüyor.
- Grafen, birçok sıvı ve gazı geçirmemesiyle de dikkat çekiyor. Aynı zamanda suyu itme yeteneği ve %98 şeffaflığı da mevcut.
- Grafen; sert, mukavemeti yüksek ve tok olmasıyla, hem kendi başına hem de diğer kompozitlere takviye olarak kullanılabilecek bir malzemedir.
Grafen Nerelerde Kullanılabilir?
Piyasaya giren ilk grafen nedir? Piyasaya grafen ilk olarak pil üretimiyle girdi. Grafen bazlı piller, şu anda piyasada bulunan lityum pillerinden 5 kat daha hızlı şarj edilme ve 3 kat daha uzun pil ömrüne sahip durumda. Fakat uzmanlar bu mucizevi malzemenin kullanılabileceği sayısız alan olduğunu düşünüyor ve bu konuda çalışıyor. Bilim insanları şu anda, araçlar ve nöral implantlar gibi çeşitli alanlarda grafenin kullanılması üzerine özellikle yoğunlaşmış durumda. Grafenin sahip olduğu yüksek mukavemet ve tokluk onu bu uygulamalar için mükemmel bir konuma getiriyor.
Ferrari de yaptığı açıklamada 2024 yılı itibariyle piyasada birçok çeşitli grafen ürünü olacağını belirtiyor. Samsung gibi markalar da akıllı telefon ve diğer cihazları için grafen bazlı piller geliştirirken, elektrikli araç üreticileri de grafen konusunda çalışmaya başlamış durumda. Grafenin kullanılabileceği birçok alan var. İşte grafenin girebileceği bazı potansiyel alanlar:
- Güneş pillerinde grafen bazlı alt yapı enerjinin çok daha verimli üretilmesini ve depolanmasını sağlayacaktır.
- Grafen piller, daha uzun ömürlü ve yüksek kapasiteli pil ömrü sunuyor.
- Grafenin tıp dünyasında da aktif olarak kullanılması beklenmekte. Malzemenin, kanseri erken dönemde teşhis edebileceği ve tümörün oluşumuna müdahale edebileceği düşünülüyor.
- Fiziksel yapısı sayesinde grafenden inanılmaz esnek ekranlar üretilebiliyor. Hatta Çinli bir şirket grafen sayesinde bükülebilir ekranlı bir akıllı telefon üretmeyi başardı. Akıllı cihazlarda grafeni gelecek yıllarda çok fazla duyacağız gibi görünüyor.
- Grafen, mikrop ve bakteri öldürücü özelliği ile antibakteriyel alanlarda kullanılabilir.
- Uzmanlar grafen yüzeyi sayesinde elektronların ışık bariyerini kırıp ışık yaratabildiğini keşfettiler. Bu da grafenden ışık üretilebileceği teorisini doğurdu.
- Su ve oksijen transferini engelleyen grafenin gıda ambalajlarında da kullanılması mümkün görünüyor.
- Grafen sayesinde daha güçlü ve sağlam kasklar üretilebilir hatta bazı firmalar grafenden kask üretimine geçti bile.
- Kızılötesi, ultraviyole ve görünür ışıklara olan yüksek duyarlılığı ile grafenin fotoğrafçılıkta da kullanılması mümkün.
- Güçlü ve hafif olması grafeni bisiklet, araba ve hatta uçaklar için mükemmel bir malzeme konumuna getiriyor. Yakın gelecekte araçlarda grafen örneklerini görebileceğiz gibi duruyor.
