Grafen nedir ve ne yapabilir?

Son on yılda bir bilim dergisinin yakınında bulunduysanız, grafen hakkında bir tür üstünlükle karşılaşmışsınızdır - bilgi işlemden biyotıbba her şeyi dönüştürmeyi vaat eden iki boyutlu harika malzeme.

Bir avuç dikkate değer özellik sayesinde, grafenin uygulamaları hakkında çok fazla yutturmaca var. İnsan saçından 1 milyon kat daha ince, çelikten 200 kat daha güçlüdür. Esnektir ancak mükemmel bir bariyer görevi görebilir ve mükemmel bir elektrik iletkenidir. Bunların hepsini bir araya getirdiğinizde, potansiyel olarak devrim niteliğinde çok sayıda uygulamaya sahip bir malzemeniz olur.

grafen nedir?

Grafen karbondur, ancak tek atomlu kalın bir petek kafes içindedir. Eski kimya derslerinize geri dönerseniz, tamamen karbondan oluşan malzemelerin, atomlarının nasıl düzenlendiğine bağlı olarak (farklı allotroplar) büyük ölçüde farklı özelliklere sahip olabileceğini hatırlayacaksınız. Örneğin kurşun kaleminizdeki grafit, nişan yüzüğünüzdeki sert ve şeffaf pırlantaya kıyasla yumuşak ve koyu renklidir. İnsan yapımı karbon yapıları farklı değildir; top şeklindeki Buckminsterfullerene, karbon nanotüplerin sarmal düzenlemelerinden farklı davranır.

Grafen, altıgen bir kafes içinde bir karbon atomu tabakasından yapılır. Yukarıdakilerden, form olarak grafite en yakın olanıdır, ancak bu malzeme, zayıf moleküller arası bağlarla katmanlar halinde tutulan iki boyutlu karbon tabakalarından yapılırken, grafen yalnızca bir tabaka kalınlığındadır. Grafitten tek bir atom yüksekliğinde karbon tabakasını soyabilseydiniz, grafeniniz olurdu.

Grafitteki zayıf moleküller arası bağlar, grafitin yumuşak ve pul pul görünmesini sağlar, ancak karbon bağlarının kendileri sağlamdır. Bu, yalnızca bu karbon bağlarından oluşan bir levhanın güçlü olduğu anlamına gelir - en güçlü çelikten yaklaşık 200 kat daha fazla, aynı zamanda esnek ve şeffaftır.

Grafen uzun süredir teorize edilmiş ve insanlar grafit kalemler kullandığından beri kazara küçük miktarlarda üretilmiştir. Bununla birlikte, ana izolasyonu ve keşfi, 2014 yılında Manchester Üniversitesi'nde Andre Geim ve Konstantin Novoselov'un çalışmalarına sabitlenmiştir. Bildirildiğine göre iki bilim insanı, günlük işleri dışında fikirleri test edecekleri "Cuma gecesi deneyleri" düzenlediler. Bu oturumlardan biri sırasında araştırmacılar, bir grafit yığınından ince karbon katmanlarını çıkarmak için bant kullandılar. Bu öncü araştırma, sonunda grafenin ticari üretimine yol açtı.

2010'da Nobel Fizik Ödülü'nü kazandıktan sonra Geim ve Novoselov, bant dağıtıcısını Nobel Müzesi'ne bağışladı.

Grafen ne için kullanılabilir?

Unutulmaması gereken önemli bir nokta, bilim adamlarının grafen bazlı her türlü malzemeyi geliştirmeleridir. Bu, plastikler hakkında düşündüğümüz şekilde “grafenler” hakkında düşünmenin muhtemelen daha iyi olduğu anlamına gelir. Esasen, grafenin ortaya çıkışı, yalnızca yeni bir malzeme değil, tamamen yeni bir malzeme kategorisine yol açma kapsamına sahiptir.

İlgili bkz. Türbülans nedir? Fiziğin milyon dolarlık sorularından birini çözen Uranüs'te bulunan 'Elmas yağmuru' Dünya'da yeniden yaratıldı - ve büyüyen enerji krizimizi çözmeye yardımcı olabilir Kuantum hesaplama çağı geliyor

Uygulamalar açısından, biyotıp ve elektronik gibi bitki koruma ve gıda paketleme gibi geniş alanlarda araştırmalar yapılmaktadır. Örneğin, grafenin yüzey özelliğini değiştirebilmek, onu ilaç dağıtımı için olağanüstü bir malzeme haline getirebilirken, malzemenin iletkenliği ve esnekliği yeni nesil dokunmatik ekran devresi veya katlanabilir giyilebilir cihazların habercisi olabilir.

Grafenin sıvılara ve gazlara karşı mükemmel bir bariyer oluşturabilmesi gerçeği, bloke edilmesi son derece zor bir gaz olan helyum da dahil olmak üzere, herhangi bir sayıda bileşik ve elementi filtrelemek için başka malzemelerle de kullanılabileceği anlamına gelir. Bu, endüstri söz konusu olduğunda bir dizi uygulamaya sahiptir, ancak su filtrasyonu ile ilgili çevresel ihtiyaçlar için de çok yararlı olabilir.

Grafenin çok işlevli özellikleri, muazzam miktarda kompozit kullanıma kapı açar. Önceden var olan teknolojileri nasıl destekleyebileceği üzerine çokça düşünülmüş olsa da, bu alandaki sürekli ilerlemeler sonunda daha önce imkansız olan yepyeni alanlara yol açacaktır. Tamamen yeni bir havacılık ve uzay mühendisliği sınıfının ortaya çıktığını görebilir miyiz? Artırılmış gerçeklik optik implantları ne olacak? Görünüşe göre, 21. yüzyıl bunu öğreneceğimiz zamandır.