Grafen nedir? Grafen nasıl üretilir? Grafen nerelerde kullanılır?

Grafen nedir?

Grafen tek atom inceliğinde olduğundan dolayı iki boyutlu kabul edilen, kovalent bağ ile bağlı karbon atomlarının altılı balpeteği örgüsünde kusursuzca dizilmesiyle oluşturduğu üstün özelliklere sahip bir nanomateryal olarak tanınmaktadır. Grafen yapısında karbon-karbon arası bağ uzunluğu 0,142 nm’dir. Grafen içindeki elektronlar oda sıcaklığında kütlesiz rölativistik parçaçıklar gibi davranır, bu sayede grafen kuantum boşluğu etkisi gibi kendine has özellikler sergiler. Grafenin temel üstün özellikleri geniş yüzey alanı (2630 m 2 g – 1) yüksek elektron mobilitesi (200000 cm2/(V s) yüksek ısıl iletkenliği (5000 Wm-1K-1) ve yüksek young modülü (~1100 Gpa) olarak sıralanabilir. Bu malzeme sahip olduğu üstün özellikler nedeniyle bir çok uygulama alanı bulmaktadır

Grafen;

• Keşfedilen ilk 2 boyutlu kristal
• Dünya da elde edilen en ince nesne
• Tüyden hafif bir malzeme
• Dünyanın en kuvvetli maddesi
• Elmastan sert
• Çelikten 300 kat sağlam
• Elektriği bakırdan çak daha iyi iletiyor.
• Saydam
• Bükülebilir bir madde( İstediğimiz şekli alabiliyor.)

Asıl önemli nokta grafen yeni 2 boyutlu maddelerin ortaya çıkmasında öncülük ediyor. Bu iki boyutlu maddelerin reçeteleri ayarlanarak bir çok alanda kullanılabilmektedir.

Şekil: Grafen yapısı

Grafen nasıl üretilir?

Grafen, mekanik pullandırma, sıvı faz pullandırma, SiC’in bozundurulması, kimyasal buhar çöktürme ve grafen oksidin indirgenmesi gibi yöntemlerle üretilebilmektedir. Grafen oksidin indirgenmesi yöntemi dışında kalan yöntemler düşük çıktı vermektedir. Grafen oksidin indirgenmesi zorlu, zaman alıcı bir süreç olmakla beraber, yüksek çıktı miktarı ile ölçeklenmeye en elverişli yöntemdir. Bir kimyasal yöntem olarak grafen oksidin indirgenmesi, süreç değişkenlerinin nihai ürün özellikleri üzerinde son derece etkili olduğu zorlu ve sıkı süreç kontrolü gerektiren bir yöntemdir. Yurt içinde kimyasal buhar çöktürme gibi düşük çıktı miktarı veren yöntemlerle grafen üretim çalışmaları bilinmekle beraber grafen oksitten kimyasal yöntemle grafen üretimi bilinmemektedir.

Yöntem olarak, grafitten kimyasal yöntemle grafen oksit, grafen oksitten de indirgeme yoluyla grafen (indirgenmiş grafen oksit) eldesi süreçlerinde sıcaklık, işleme süresi, indirgeyici türü ve oranı gibi etken değişkenler üzerinde elde edilen; tekrarlanabilir, güvenilir ve yüksek çıktı verimine sahip süreç reçetesi üzerinde ülkemizde çalışmaları yürütülmektedir.

Şekil: Grafitten indirgenmiş grafen eldesini göstermektedir.

Grafen nerelerde kullanılır?

Grafen, FET (Field Effect Transistor) uygulamaları, sensörler, saydam elektrotlar, fotodedektörler, güneş panelleri, enerji depolama aygıtları, polimer kompozitleri ve nano kompozitler, hidrojen depolama, yakıt hücreleri, absorbent, katalizör destek malzemesi, ısı transfer malzemesi, kapasitörler,havacılık,otomotiv,enerji  ve bataryalar gibi geniş uygulama alanlarında yer alabilmektedir.

Grafen türevlerinin kullanımı esnek (flexible) görüntüleme araçlarının üretimine imkan vermektedir. Grafen kullanımı ile lityum iyon bataryaların şarj kapasiteleri 800 (mAh/g) a kadar; %1 lik grafen ilavesi ile polimer kompozitlerin mekanik mukavemetleri iki katına kadar artırılabilmektedir