Kapat

Grafen Malzemesinin Bükülme Sertliğinin Hesaplanması İçin Çalışmalar

Bir kafes içinde düzenlenmiş tek bir karbon atomu tabakası olan grafen dünyanın en güçlü malzemesi olarak bilinir. Ayrıca esnek olduğu kadar da incedir.  Gelecekteki teknolojilerin en önemli bileşenlerinden biri olarak kabul edilir. Mevcut nano-elektronik cihazların çoğu  grafenler üzerinde araştırma geliştirme işlemleri için kullanılmaktadır. Yine de araştırmacılar gerilebilir elektronikten çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük robotlara kadar birçok teknolojinin, grafen mekaniğinin ve özellikle de potansiyellerinin sırrını çözebilmek için nasıl büküldüğünü anlamasını gerektirdiğini söylemektedirler. Illinois Üniversitesi’ndeki mühendisler tarafından yapılan yeni araştırmalar, çok katmanlı grafeni bükebilmede ne kadar enerji gerektiğini belirlemek için atomik ölçekli deneyleri bilgisayar modellemesiyle birleştirmektedir. Bu konu grafen ilk izole edildiğinden beri bilim adamları tarafından beri merak edilen bir durum olarak bilinmektedir.

Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Yüksek lisans öğrencisi Edmund Han, bir malzemenin bükülme sertliğinin en temel mekanik özelliklerinden biri olduğunu söylemektedir. Bunun dışında 20 yılı aşkın süredir grafen materyalinin üzerinde çalıştıklarını ve malzemenin sırrını yeni yeni çözmeye başladıklarını bildirmiştir. Bu sonucu almanın bu kadar geç olmasının nedenini ise, bir çok araştırmacının araştırmalar sonunda farklı bulgular elde etmesi olduğunu söylemektedir. Ekip sonunda sonuçların neden birbirlerinden farklı olduğunu tespit edebilmiştir. Bir diğer öğrenci olan Jaehung Yu, araştırmacıların malzemeyi ya tam büktüklerini ya da çok az büktüklerini ancak grafenin her iki durumda da farklı davrandığını fark ettiklerini açıklamıştır. Ayrıca Yu, çok katmanlı grafeni biraz büktüğünüzde, sert bir plaka veya bir ahşap parçası gibi davranır. Çok büküldüğünde, atomik tabakaların birbirine geçebileceği bir kağıt yığını gibi davranır diye belirtmiştir. Çalışmaları ilginç kılan detay ise herkesin ayrı fikirde olmasına rağmen aslında hepsinin doğru söylemesidir. Her durumda farklı tepki veren bükülebilir grafen maddesi bu yüzden bu zamana kadar net anlaşılamamıştır.

Grafen Üzerinde Çalışmalar

Grafen üzerinde çalışma yapan ekip.

Yu bükülmüş grafen elde etmek için,  altıgen bor nitrürün bireysel atomik katmanlarını atomik ölçekli basamaklara uydurdu ve daha sonra grafeni üst üste damgaladı. Han ise odaklanmış bir iyon ışını kullanarak, bir dilim malzeme kesti. Her grafen tabakasının nerede oturduğunu görmek için atomik yapıyı bir elektron mikroskobu ile görüntüledi. Ekip daha sonra grafen büküm şeklini kullanarak bükme sertliğini hesaplamak için bir dizi denklem ve simülasyon geliştirdi. Araştırmacılar, bir ila beş atom yüksekliğinde bir basamak üzerine çok katmanlı grafen dökerek, malzemenin farklı konfigürasyonlarda nasıl büküleceğini ölçmenin kontrollü ve kesin bir yolunu geliştirdiler.

Atomların yüzeye çekilmesi, malzemeyi aşağı çekmeye çalışır. Grafenin atomik adımları devraldığı şekil, malzemenin sertliği hakkındaki tüm bilgileri kodlar. Araştırma içerisinde yer alan Illinois Üniversitei Mekanik Bilim ve Mühendislik Profesörü Elif Ertekin konu hakkında şu şekilde açıklamalarda bulundu. Ertekin; “ Grafen bükümünü farklı miktarlarda incelediğimiz için, bir rejimden diğerine, sertten esnekliğe ve plakadan levha davranışına geçişi görebildik. Bireysel katmanların birbirinin üzerinden kayabildiğini göstermek için atomik ölçekli modeller oluşturduk. Bu fikre sahip olduktan sonra, tek tek katmanlar arasındaki kaymayı doğrulamak için elektron mikroskobunu kullanabildik ve bu sayede grafenin davranışlarını inceleyebildik” diye belirtmiştir. Çalışma, malzemenin ne kadar eğildiğini ve grafenin özelliklerinin farklı durumlarda nasıl değiştiğini sistematik olarak kontrol edebilmektedir.

Araştırmacılar grafen hücrelerinin şekil değiştirebilir ve çevrelerine tepkiler verebilir nitelikte olduğunu belirtmiştir. Elde edilen yeni sonuçların hücreler veya biyolojik materyalle etkileşime girecek kadar küçük ve esnek makinelerin oluşturulması için etkili olduğunu söylemiştir.

Kaynak

http://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Illinois_at_Urbana-Champaign

https://phys.org/news/2019-11-graphene-softer.html

malzemebilimi.net/grafen-uretimi-ve-kullanim-alanlari.html

Sizin için önerdiklerimiz:

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir