Grafen

Grafen karbondan yapılmış iki boyutlu bir malzemedir. Katmanlar halinde istiflendiğinde grafit ortaya çıkar. Grafit, çoğu insanın kurşun kalemlerde gördüğü koyu renkli bir maddedir. Kurşun kalemlerde grafit ile kilin karıştırıldığı unutulmamalıdır.

Grafen birbirinden farklı sektörlerde yeni teknolojilerin geliştirilmesi açısından umut verici bir malzemedir. İlk kez 2004 yılında bulunmuştur ve kendisini bulan Andrei Gejm ile Konstantin Novosiol'e Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırmıştır. Ardından AB tarafından projeler başlatılmıştır.

Grafen nedir ve nereden gelir?

Grafen çığır açıcı bir buluş olarak görülür. Bunun sebebi ise iki boyutlu olmasıdır. Fiziksel açıdan bal peteğine benzeyen bir altıgeni andırır. Aslında altıgen bir düzende düzenlenmiş tek karbon atomlarından oluşan bir katmandır. Grafen bu açıdan bir karbon allotropu olarak görülür.

Philip Russel Wallace, 1940'lı yıllarda tek atomlu bir karbon yapı yaratmak için gerekli teoriyi ortaya atmıştır. Ancak bu teori uzun yıllar reddedilmiştir ve somut bir malzemeye dönüştürülememiştir. Aradan 60 yıl geçtikten sonra ise malzemenin keşfi gerçekleştirilmiştir.

Manchester Üniversitesi bünyesinde çalışmalarını sürdüren Andrei Gejm ve Konstantin Novosiol, bir yapışkan bant kullanıp karbon atomlarını silikon dioksit (SO2) tabakasına aktarmayı başarmıştır. Bu aktarım sayesinde grafen, grafit yığınından ayrıştırılmıştır.

Silika (silica) olarak da adlandırılan silikon dioksit bu sürecin en önemli parçasıdır. Nötr bir elektrik yüküne sahip grafen tabakasının izole edilmesini sağlamıştır. Ancak söz konusu yöntemin sadece araştırma amacıyla küçük ölçekli şekilde kullanılmasına izin verilmiştir.

Grafen güvenli bir malzeme mi?

Grafen oldukça yeni bir malzemedir. Malzemenin insan üzerinde çeşitli etkilere sahip olabileceği en çok tartışılan durumlardan biridir. Grafenin ince ve hafif bir yapısı vardır. Bu nedenle hızlı bir şekilde akciğer dahil olmak üzere diğer organlara ulaşabileceğine yönelik çeşitli iddialar ortaya atılmıştır.

Grafen malzemesinin ayrıca yüzeyde ve yeraltında yer alan sulara dahil olarak bitkiler ve hayvanlar için zararlı olabileceğine yönelik çeşitli risklerden söz edilir. İnce parçacıklar su kütlelerinin kenarlarına yerleşerek suyun sertlik seviyesini yükseltebilir.

Elde edilen mevcut bilgilere göre grafen zehirli bir materyal değildir ve tehlikeli madde olarak adlandırılamaz. Potansiyel olarak maruz kalınma durumunda endişe edilecek çok fazla durum olmadığı belirtilir. Cilt ile temasında tahriş edici özellik göstermeyen bir materyaldir.

Bilimsel açıdan grafenin güvenli bir malzeme olarak kabul edilebilmesi için daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. Grafenin insanlar ve çevre üzerindeki uzun vadeli etkileri göz önünde bulundurulmalıdır. Yeni bir malzeme olduğundan yaygın kullanımı için sabırlı olmak gerekir.

Grafen nerede kullanılır?

Grafen pek çok üstün özelliğinden dolayı ilgi odağı olan bir malzemedir. Potansiyel kullanımları oldukça fazladır ama yoğun kullanım için ek araştırmalara ihtiyaç görülür. Grafen tüketicilere yönelik teknolojilerin ve çevre birimi ürünlerinin geliştirilmesinde kullanılabilecek bir malzemedir.

1. Esnek elektronik ürünler

Grafen güçlü elektriksel özelliklere sahiptir ama aynı zamanda oldukça şeffaf ve esnektir. Bu özellikleri sayesinde elektronik ürünlerde kullanılabilen bir malzemedir. Akıllı telefonlar ve tabletler grafen kullanılarak çok daha dayanıklı hale getirilebilirler.

Akıllı telefonlarda ve tabletlerde katlanabilir çözümlerin yaygınlaşması grafen kullanımının yaygınlaşmasına bağlı olarak artış gösterebilir. Cihazlar daha kullanışlı hale getirilebilir. Grafen kolayca tasarlanabilecek ve değişiklik yapılabilecek bir madde olduğundan ilgi çekicidir.

2. Su filtreleme çözümleri

Suyun grafen yoluyla buharlaşabilmesi mümkündür. Bu nedenle grafenin su filtreleme çözümlerinde kullanılabilmesi mümkündür. Grafen üzerinde yapılan çeşitli testlerde çok güçlü sıvılar damıtılabilmiştir. Ancak sadece su grafenden geçebilmeyi başarabilmiştir.

Grafen suyun zehirli maddelerde arındırmada kullanılabilir. Bu konuda ciddi araştırmaların devam ettiği söylenebilir. Dünya nüfusunun sürekli artış göstermesi temiz su kaynaklarının korunmasını daha önemli hale getirecektir. Grafen bu konuda insanlığa yardımcı olabilecek bir malzemedir.

3. Güneş panelleri ve benzer ürünler

Grafen şeffaf ve iletken olduğu için güneş pillerinde kullanılabilir. Genel olarak güneş piller bir foton malzemelere çarptığında bir yük üretir ve elektronu serbest bırakabilmek için silikon kullanır. Silikon kendisine çarpan foton başına sadece bir elektron salımı yapar.

Yapılan araştırmalara göre grafenin kendisine çarpan her foton için birden fazla elektron salımı söz konusu olmuştur. Grafenin güneş enerjisini dönüştürmede iyi bir seçenek olmasının sebebi budur. Grafen yenilebilir enerji alanında önemli gelişmelerin önünü açabilir.

4. Yarı iletken ürünler

Grafen yüksek iletkenliğe sahip olduğu için yarı iletken ürünlerde bilginin hareket etme hızını önemli ölçüde artırabilir. Son zamanlarda yarı iletkenler üzerinde grafen denemeleri yapılmıştır. Testler grafenin silikon tabakaya göre daha hızlı iletim yapabildiğini göstermiştir.

Grafenin elektronikte kullanılmasının önündeki en büyük engel şimdilik elektrik akımı akışında kullanılan bant aralığıdır. Bant aralığı silikon gibi yarı iletken malzemelerin transistör görevi görmesini sağlar. Grafene bant aralığı ekleyebilmek için ilerleyen çalışmaları beklemek gerekir.