Grafen karbon atomlarının bal peteği biçimli yapılarından bir tanesidir. Bal peteği kristal yapısında, sp2 melezleşmesi yapan; grafitin, nanotübün ve C60‘ın ana yapıtaşı olan grafen ise ancak 2004 yılında sentezlenebilmiştir. İngilizce’de “Graphite” ve “ene” kelimelerinden türetilen “graphene” terimi türkçede grafen olarak karşılık bulmuştur. 2010 Nobel Fizik Ödülü, “iki-boyutlu grafen malzemesine ilişkin çığır açan deneyleri için”Andre Geim ve Konstantin Novoselov’a verilmiştir.
Karbonun bal peteği örgülü 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 biçimlerinden biridir. Karbon atomları 1s ve 2p orbitallerinin birleşimi ile 120 derece açılı sp2 melezleşmesi yaparken boşta kalan pz orbitalleri de grafene farklı 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.
Grafeni Nerede Nasıl Kullanabiliriz?
Grafenin esnek, iletken, sağlam ve saydam olması nedeniyle grafeni günlük hayatta sonsuz alanda kullanılabilir hale getiriyor.
Grafen sayesinde küçük ve daha az enerji harcayan transistörler, daha fazla güç depolayabilen kondansatörler üretmek mümkün hale gelmektedir. Bu sayede bataryalar hızlı şarj olabilecek ve daha uzun süre gidebilecek.
Gelecekte, grafen teknolojisi ile çok ince ve katlanabilir bilgisayarlar, akıllı telefonlar, monitörler yapılabilecektir.
Elektronik kağıt teknolojisinde kullanılabilecek
Su geçirmez giysiler, taşıtlarda ve araçlarda daha hafif ekipman yapımında bu teknoloji kullanılabilecektir.
Su filtrelemek için kullanılabilecek. Bu çok önemli bir özelliktir çünkü grafen teknolojisi ile tuzlu su filtrelenerek içilebilir su eldesi mümkün olacaktır. Hızla tükenen su kaynaklarına alternatif olarak deniz suları kolay biçimce arıtılabilecektir.
Son yorumlar