Alexander von Humboldt
21 Temmuz 2019
Borofen
28 Temmuz 2019

Grafen

Grafen, bir bal peteği kristal örgüsüne sahip yoğun şekilde paketlenmiş bir atom kalınlığında düzlemsel karbon atomu tabakasıdır. Grafit, karbon nanotüpler ve diğer fullerenler dahil olmak üzere birkaç karbon allotropunun temel yapısıdır. Örneğin; grafit, birlikte istiflenmiş birçok grafen levhadan oluşur. Mükemmel bir grafen tabakası yalnızca hekzagonal hücrelerden oluşur. Bu sayede grafen mekanik olarak çelikten 200 kat daha sağlam bir yapıdadır. Grafenin yapısında pentagonal ve heptagonal hücrelerin var olması kusurlar meydana getirir ve mekanik bozulmalara yol açar. Ayrıca esnek ve bükülebilir bir yapıda olan grafen, %97-98 ışık geçirgenliğine sahiptir.

Grafen terimi ilk olarak 1987’de grafit bileşiklerinin tek grafit tabakalarını tanımlamak için ortaya çıktı. Tek grafit katmanı dökme malzemeler içinde elektron mikroskobu ile gözlendi. 1990’dan 2004’e kadar çok ince grafit filmler yapmak için çok çaba sarf edildi fakat bu yıllarda 50 ila 100 kattan daha ince hiçbir şey üretilemedi. Önceki çabalar grafen ile sonuçlanmadı. Yalnızca bir substratla zayıf şekilde etkileşime giren ya da askıya alınan makroskobik boyuttaki “serbest duran” kristallerle sonuçlandı. 2004 yılında ilk olarak Manchester University The School of Physics and Astronomy’de Andre Geim, tek atomlu kalın kristalitleri toplu grafitten çıkarmayı başardı. Gerçek (bağımsız) 2D kristallerin varlığına ve grafenin sentezlenmesine dair ilk ve beklenmedik kanıtı sağladı. Bu keşif sayesinde grafene olan ilgi arttı ve çeşitli üretim yöntemleri geliştirilmeye başlandı. Katman ayırma yöntemi (eksfoliasyon yöntemi), epitaksiyel büyütme, silisyum-karbon yöntemi ve kimyasal ayrıştırma yöntemleriyle de günümüzde grafen üretimi yapılmakta.

Grafenin elektronik hareketliliğinin yüksek olması nedeniyle transistör yapımında oldukça yaygınlaşmaya başlamıştır. Günümüzde silisyum tabanlı transistörlerin kullanımı gün geçtikçe sınıra dayanmaktadır. Çünkü silisyum çok küçük ölçeklerde kararlılığını yitirmekte ve kullanılamaz hale gelmektedir. Gelecekte elektronik devrelerde ve sistemlerde bu kısıtlanmayı grafenle aşmak oldukça avantajlı görünmektedir. Aynı zamanda elektriği iyi tutması, grafenin pil teknolojisinde bir devrim yaratacağı öngörülmektedir. Ayrıca grafenin kararlı (inert) yapıda olması sayesinde insan vücudunda hastalıkların iyileştirilmesinde ve biyolojik yapıların inşa edilmesinde kullanılabilmektedir.

Grafenin keşfiyle birlikte tek boyutlu temel yapılar gelecekte çeşitlenecek. Bu sayede endüstrilerde birtakım kolaylıklar sağlanacak ve problemler daha etkili çözümlere kavuşacaktır.

Hazırlayan: Ünsal Muslu