GRAFEN, Tanımı ve Sentezi

Grafen, atom kalınlığında karbon bir tabaka. Saydam olan bu tabakanın özelliği ise elektik ve ısıyı çok hızlı bir şekilde iletebilmesi. Bu madde ile daha iyi aydınlatma ve enerji sistemlerinin yapılması planlanıyor.

Grafen, kursun kalemlerin kağıt üzerine yazmasını sağlayan grafitik karbonun ana maddesi olan grafitin, yalnızca bir atom kalınlığında ayrılmış halidir. Birçok özelliği olan grafen, bilinen en kuvvetli materyellerden birisidir. Ayrıca, tek katmanlı grafen yüzeyler güneş hücreleri için elektrodlar oluşturma, lityum pillerde anod ve elektrod malzemesi ve son olarakta yarı iletken olarak da kullanılma özelliğine sahiptirler.

Bunların dısında grafeni esas çekici kılan şey ise grafenin içinde elektronların fotonlar gibi davranabilmeleri yani, saniyede 800 kilometre gibi bir hıza ulaşıp hareket edebiliyor olmalarıdır.

Yeni süper maddenin başta otomobil ve uçak üretimi olmak üzere ticaret ve mühendislik alanlarında çığır açması bekleniyor. Ali Arıza Ranjbartoreh, süper maddenin, sayılan bütün özelliklerine ek olarak çevre dostu ve düşük maliyetli olduğunu bildirdi. Grafen kağıdı, ham grafitin işlenip kimyasallarla saflaştırılarak nano ölçekte şekillendirilmesiyle elde ediliyor.

Ortaya çıkan madde çelikten 6 kat hafif olup, yoğunluğu 6 kat daha düşük. Buna karşılık çelikten 6 kat daha sert ama 13 kat daha fazla esneme yeteneğine sahip bulunuyor.

Grafen Tanımı

Karbonun bal peteği örgüsülü yapıları olan grafen, grafit, karbon nanotüp ve fulleren sp2 melezleşmesi nin ürünüyken elmas ise sp3 melezleşmesi ve dört-yüzlü ağ örgüsü ile öncekilerden farklı bir kategoride değerlendirilir. Grafen, iki boyutlu planar yapıların çok ender örneklerinden birisidir. Karbon atomları 1s ve 2p orbitallerinin birleşimi ile 120 derece açılı sp2 melezleşmesi yaparken boşta kalan pz orbitalleri de grafen malzemesine sıradışı özellikler kazandırmaktadır.


Grafen yapısında karbon-karbon bağ uzaklığı yaklaşık olarak 1.42 Angstrom iken grafen tabakalarının üst üste gelmesi ile meydana gelen grafitte iki grafen tabakası arasındaki mesafe yaklaşık 3.35 Angstrom’dur. Grafendeki güçlü karbon bağları ona yeryüzündeki bilinen en sağlam malzemelerden biri olma özelliğini kazandırmıştır. Bununla birlikte grafitteki grafen katmanlar arasındaki bağlar oldukça zayıftır. Kurşun kalemi kağıda sürtünce bu zayıf bağlar kırılmakta ve kağıda yayılan grafen ve grafit tabakalar yazı izlerini oluşturmaktadır.

Karbon nanotüpler, C60 molekülleri ancak yapay yollarla sentezlenebilirken elmas ve grafit doğada serbest olarak bulunabilmektedir. Termodinamiksel hesaplamalara göre karbonun grafit fazı elmastan dahi daha kararlıdır. Fakat bunlara rağmen grafitin tek katmanlı hali olan grafen malzemesin sentezlenmesi 2004 yılına kadar gerçekleşememiştir. Hatta L. D. Landau ve R. Peierls gibi önemli fizikçiler grafen gibi iki boyutlu malzemelerin teorik olarak kararlı olamayacaklarını; bu kararsızlığın düşük sıcaklıklarda bile malzemenin dağılmasına yol açacağını öngörmüşlerdir. Grafenin kararlı yapısının altında yatan sebebin yüzeye dik termal dalgalanmalar olduğu düşünülmektedir.
Sentezlenmesi

2004 yılında şaşırtıcı bir şekilde bilimadamları iki boyutlu grafen kristallerini ayırmayı başardılar. Andre Geim, Kostya Novoselov ve proje arkadaşları sıradan bir yapışkan selobantı grafit üzerine tekrar tekrar yapıştırıp kaldırarak tekil grafen katmanını ayırmayı başardılar ve izole ettikleri grafen katmanını basit bir optik mikroskop ile gözlemlediler [2]. Bu olay ilk başlarda pek dikkat çekmedi. Fakat daha sonraları grafende keşfedilen kütlesiz Dirac fermiyonları [3], anormal kuvantum hall etkisi [4] , oda sıcaklığında balistik taşınma [2] , Klein paradoksu [5], gibi yeni olgular grafende deneysel olarak gözlendi. Bunlar sonucunda grafene olan ilgi son derece arttı ve artmaya da devam etmekte.

Grafen yaygın olarak şu yöntemler ile elde edilmekte:

    Kaydırma yöntemi
    Epitaksiyel Büyütme
    Silisyum-Karbon yöntemi
    Kimyasal ayrıştırma yöntemi

Güncelleme Tarihi: 28 Mart 2014, 09:23