Kauçuktan Betona Giden Yol: Grafen

Grafen son yıllarda adından fazlaca söz ettiren malzemelerden biri konumuna gelmiş durumda. Bal peteği kafes yapısına sahip 2D boyutlu bir malzeme olan grafen yüksek ısı iletkenliği, yüksek sertlik, yüksek elastikiyet ve yüksek direnç gibi üstün özelliklere sahiptir. Grafen çelikten tam 200 kat daha güçlü bunun yanında çok ama çok daha hafiftir. Ayrıca şeffaf ve hafif olması grafeni kullanım alanı açısından cazip ve etkili kılmaktadır. Bundan yaklaşık 17 sene önce iki bilim insanı Andre Geim ve Kostya Novoselov tekli grafen katmanını üretmeyi başarmışlar ve Manchester Üniversitesi’nde araştırmalarını yürüten bu iki bilim adamı 2010 yılında Nobel Fizik ödülüne layık görülerek grafenin isminin iyiden iyiye duyulmasını sağlamışlardır.

Son günlerde grafen ismi yine fazlaca konuşulmaya başlamış durumdadır. Rice Üniversitesi’nde çalışmalar yapan bilim insanları lastik atıklardan grafen üretimine, grafen üretiminden ise beton güçlendirmesine kadar giden bir çalışmaya imza attılar. Rice Üniversitesi Kimyageri James Tour “Yollarımızda, binalarımızda ve köprülerimizde daha az beton kullanabilirsek, emisyonların bir kısmını en baştan ortadan kaldırabiliriz’’ dedi. Son yıllarda karbon ayak izi yani sera gazının neden olduğu küresel ısınma konusu oldukça önemli bir konu haline gelmiş durumda. Tour’a göre lastik atıklarının bir kısmının bile grafen olarak geri alınması, milyonlarca lastiğin çöplere ulaşmasına engelleyecek ve bu sayede hem grafen üretimi ile beton yapıların güçlendirilmesi sağlanıp beton kullanımı azaltılacak hem de atık lastiklerden grafen üretimi ile milyonlarca atık lastiğin çöplere gitmesi engellenecek.

Yapılan araştırmalar kauçuğun, grafene dönüştürülmesinin zorluğunu ortaya koysa da laboratuvar, lastiklerden elde edilen ticari pirolize atık kauçuk kullanarak süreci optimize etti. Tour, atık lastiklerden faydalı yağlar çıkarıldıktan sonra, bu karbon kalıntısının şimdiye kadar sıfıra yakın bir değere sahip olduğunu söyledi. Ayrıca lastikten türetilen karbon siyahı veya parçalanmış kauçuk lastikler ile ticari karbon siyahının bir karışımı grafen haline getirilerek turbostratik adı verilen bu grafenin çevre dostu beton yapmak için kullanılabilir olduğunu dile getirdi.

Rice Üniversitesi laboratuvarı deneyler sonucunda lastiklerden üretilen karbo siyahını parlattı ve %70 oranında grafene dönüştürülebildiğini saptadı. Araştırmacılar, lastikten türetilen grafeni lastik karbon siyahı için ağırlık/yüzde karbon siyahı ve parçalanmış lastikler için ağırlıkça % 0.05 çimento ile karıştırdı. Beton silindir üretmek için kullandı. Yedi gün kürlendikten sonra test edilen silindirler, basınç dayanımında %30 veya daha fazla artış gösterdi. 28 gün sonra, ağırlıkça %0.1 grafen, her iki ürüne de en az %30’luk bir mukavemet kazancı vermeye yeterli olduğu gözlendi.

KAYNAKÇA:

1-Geim, A. K., ve K. S. Novoselov. 2009. “The rise of graphene”. Nanoscience and Technology: A Collection of Reviews from Nature Journals: 11–19.

2-Paul A. Advincula, Duy Xuan Luong, Weiyin Chen, Shivaranjan Raghuraman, Rouzbeh Shahsavari, James M. Tour. Flash Graphene from Rubber Waste. Carbon, 2021; DOI: 10.1016/j.carbon.2021.03.020