Grafen Plakaların Kullanım Alanları

Grafen, son yılların nanoteknoloji alanındaki en önemli keşiflerinden biridir. Bu maddenin tek katmanlı karbon atomlarından oluştuğu ve birçok alanda devrim yaratma potansiyeline sahip olduğu bilinmektedir.

Bu yazıda, grafen plakaların çeşitli kullanım alanlarına odaklanacağız. Yeni nesil elektronik cihazlardan, sofistike enerji depolama sistemlerine ve tıbbın en son yeniliklerine kadar grafenin rolü üzerine derinlemesine bir inceleme yapacağız. Çevresel meseleler de çağımızın en önemli konularından biridir. Grafen, bu alandaki yenilikleri de desteklemektedir. Nanografi gibi dünyanın önde gelen grafen üreticileri, yüksek kaliteli ürünlerle bu alandaki araştırma ve projelere katkıda bulunmaktadır.

Giriş

Grafen, tek bir karbon atomu katmanından oluşan ilginç bir yapıya sahiptir ve bu atomlar altıgen bir örgü biçiminde düzenlenmiştir. Temel olarak, bu yapıyı tek bir atom kalınlığındaki grafit tabakası olarak düşünebilirsiniz. Grafen tam olarak bir metal değilken, yarı iletken metallerle benzer özellikler gösterir; bu yüzden bazen "yarı metal" olarak adlandırılır. Bu eşsiz özellikleri, sp2 hibritleşmiş CC bağlarının yanı sıra üzerinde ve altında yer alan π-elektron bulutlarından gelir. Grafenin mühendislik ve teknoloji açısından bu kadar dikkate değer olmasının nedeni, onun eşsiz yapısal ve fiziksel niteliklerinin bir araya gelmesidir. Hatta sadece birkaç atom kalınlığındaki grafen tabakaları bile, sahip oldukları teknolojik potansiyel nedeniyle geniş bir ilgi görmektedir.

Grafene Genel Bakış

Grafen, 2004 yılında Manchester Üniversitesi'nden Andre Geim ve Kostya Novoselov tarafından ilk kez izole edilen ve 2010'da Fizik alanında Nobel Ödülü kazandıran bir maddedir. Bu malzeme, bir atom kalınlığında, 2 boyutlu bir yapıya sahip ve karbon atomlarının bal peteği şeklinde sıkıca düzenlenmiş halidir.

Karbon, evrende bolca bulunan ve aynı zamanda canlı organizmaların temel taşı olan bir elementtir. Grafen, bu yönüyle çevre dostu bir malzeme olma potansiyeline sahip. Elektrik ve ısı iletimi bakımından olağanüstü özelliklere sahip olan grafen, diğer birçok malzemenin üzerinde avantajlara sahiptir.

Özellikleri arasında, çelikten 300 kat daha güçlü olması, şimdiye kadar bilinen en hafif malzeme olması, yüksek elektron hareketliliği ve oda sıcaklığında ısıyı mükemmel şekilde ileten bir yapısı bulunmaktadır. Grafenin bu benzersiz nitelikleri, onu nanoteknoloji ve elektronikte kullanım için cazip kılmaktadır.

Elektronik özellikleri sayesinde, grafen, nanoelektronikler, sensörler ve enerji depolama cihazları gibi birçok alanda potansiyel uygulamalara sahip. Gaz sensörlerinden, transistörlere, güneş pillerinden sıvı kristal elementlere kadar birçok elektronik ve optoelektronik uygulamada grafenin kullanımı giderek artmaktadır.

Şekil 1: (a) Bal peteği örgüsünde sp2 hibridizasyonu ile sıkı bir şekilde paketlenmiş bir düzenleme oluşturan karbon atomları ve (b) Grafenin atomik yapısı.

Grafen Plaka Nedir?

Grafen plakası genellikle dünyanın en ince malzemesi olarak tanımlanır, nano ölçekli boyutlardan birkaç mikrona kadar uzanır ve her karbon atomu, altıgen bir düzlemde diğer üç atoma kovalent olarak bağlanır. Grafenin üretimi sırasında, kalitesini belirlemek için mikroskobik görüntüleme esastır. Bu detaylı inceleme, üretim sürecinin mükemmel sonuçlar vermesine yardımcı olur. Ayrıca, grafenin eşsiz özellikleri, kompozit malzemelerde kullanıldığında elektriksel ve mekanik performansı artırarak onu değerli bir bileşen haline getirir.

Grafen Plaka Uygulamaları

Grafen Bazlı Piller

Grafen içerikli Li-ion piller, esneklik ve hafifliğin yanında daha yüksek kapasite, daha uzun ömür ve daha kısa şarj süresi gibi avantajlara sahiptir, bu da onları giyilebilir elektronikler için ideal kılar.

Grafen pilleri ile ilgili daha detaylı bilgi edinmek için, blog sayfamızı ziyaret edin.

Termoelektrik Ürünler

Seebeck etkisi, sıcaklık farkından yararlanarak elektrik enerjisi üretme yöntemidir. Ancak bu metotta elde edilen enerji oldukça sınırlıdır. Grafen, bu etkiyi Stronsiyum Titanata göre beş kat daha etkili hale getirebilir, böylece enerji üretimi artar.

Grafen Membranlarla Nükleer Enerji

Nükleer santrallerde reaktörleri soğutmak amacıyla kullanılan ağır su üretimi oldukça maliyetlidir ve büyük miktarda CO2 salımına neden olur. Ancak Manchester Üniversitesi'nde yapılan çalışmalar, grafen membranlarının ağır su üretimini daha verimli ve çevreci bir yöntemle gerçekleştirebileceğini gösteriyor.

Yakıt Pilleri ve Grafen

Hidrojen, en küçük atom olarak bilinir ve grafenin bu atoma karşı geçirimsiz olduğu düşünülmektedir. Ancak, Sir Andre Geim ve ekibi, protonların grafenden geçebildiğini keşfetti. Bu, yakıt hücrelerindeki verimliliği artırarak, yakıt sızıntısını azaltabilecek önemli bir özelliktir.

Yakıt pillerinde nanoteknolojinin rolünü nedir? Öğrenmek için blog yazımızı okuyun!

İlaç Dağıtımı ve Kanser Tedavisi

Grafen, biyomedikal uygulamalarda, özellikle ilaç dağıtımı ve kanser tedavisinde önemli bir potansiyele sahip. Karbon nanotüplerle benzer şekilde, grafen geniş bir yüzey alanı sunarak ilaç molekülleriyle etkileşime girebilir.

Grafen UV Sensörleri

UV sensörleri, zararlı ultraviyole radyasyonunu tespit ederler. Grafen, esnek, şeffaf, çevre dostu ve ekonomik UV sensörlerinin geliştirilmesinde kilit bir rol oynayabilir.

Konu ile ilgili daha detaylı bilgi için, blog sayfamızı ziyaret edin.

Dokunmatik Ekranlar

Rice Üniversitesi'nde yürütülen araştırmalar, grafen bazlı filmlerin dokunmatik ekranlarda yüksek performanslı bir alternatif olabileceğini gösteriyor. Grafen, mevcut malzemelerden daha şeffaf ve daha az dirençlidir.

Sabit Diskler ve Bellek Aygıtları

2015'te, ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı grafeni elektromanyetik bir malzeme olarak kullanmanın yollarını buldu. Bu, sabit disk kapasitelerinde önemli bir artış anlamına gelebilir.

Süperiletkenler

Grafenin, belli bir açıda iki katmana bölünerek süperiletken olabileceği keşfedildi. Eğer oda sıcaklığında süperiletken olarak kullanılabilirse, bu büyük teknolojik atılımlara yol açabilir.

Grafenin 60 kullanım alanını öğrenmek için, blog yazımızı okuyun.

Optoelektronik

Araştırmalar, grafenin silikonla entegrasyonunun, mevcut silikon fotonik teknolojisini aşabileceğini gösteriyor. Grafen, enerji verimli optik telekomünikasyon ve diğer optik sistemler için potansiyel sunuyor.

Yemek Paketleme

Grafen, su ve oksijenin geçişini engelleyerek gıda ve ilaç ambalajında kullanılabilecek ideal bir kaplama malzemesi olabilir. Bu, gıda saklama sürelerini uzatarak atık miktarını azaltabilir.

Su Arıtma

Grafen levha, su arıtmada devrim niteliğinde bir yenilik sunmaktadır. Avustralyalı bir bilim insanının 'GrapHair' adını verdiği soya bazlı grafen levha, su arıtma filtresi olarak kullanılıyor. Bu teknik, geleneksel yöntemlere göre daha ucuz, daha verimli ve çevre dostu bir su arıtma sağlar.

Kasklar

İdeal bir kaskın taşıması gereken özellikler arasında dayanıklılık, hafiflik ve darbelere karşı direnç bulunur. Grafenin bu özellikleri barındırması, onun motosiklet kaskları da dahil olmak üzere çeşitli koruyucu ekipmanlarda kullanılmasını mümkün kılar.

Yalıtım Malzemesi

Paslanma, metal yüzeyler için ciddi bir sorundur. Grafen, boyalarla kombinasyon halinde, paslanmaya karşı koruyucu bir bariyer oluşturabilir. Ayrıca tuğla ve taş yüzeylerinin kaplanmasında da kullanılarak su geçirmez yapılar oluşturulabilir.

Otomotiv Sektörü

Grafenin dayanıklılığı ve esnekliği, otomotiv endüstrisinde kazalara karşı daha dirençli araçların üretilmesine olanak tanır. Gelecekte, grafenin bu özellikleri sayesinde daha hafif, daha ucuz ve daha güvenli araçlar üretilebilir.

Radyasyon Koruması

 Radyasyonun insan sağlığı üzerindeki olumsuz etkilerini azaltmak amacıyla, grafen çok katmanlı formda etkili bir radyasyon kalkanı olarak kullanılabilir. Grafen, diğer malzemelere kıyasla daha hafif, daha ucuz ve daha verimli bir koruma sağlar.

Termal ve Kızılötesi Görüş

Grafen lensleri, termal ve kızılötesi görüşün geliştirilmesinde büyük bir ilerlemeyi temsil eder. Bu ultra ince lensler, kızılötesi ve termal görüş kabiliyetine sahip cihazların üretimini mümkün kılar. Bu teknoloji, özellikle bilim kurgu eserlerinde sıkça rastladığımız bir özelliktir.

Sonuç

Grafen, benzersiz kimyasal ve fiziksel özellikleri sayesinde birçok alanda kullanım için oldukça popülerdir. Özellikle elektronikte, grafenin mükemmel elektriksel hareketliliği, nano ölçekli cihazlar, nanoelektronikler ve nanosensörler için ideal bir malzeme yapar. Grafen, yüksek kaliteli elektronikler, sensörler ve enerji depolama cihazlarında da potansiyel bir bileşendir.

Daha fazla bilgi için Blografi'yi ziyaret edin.

Kaynakça

Avouris, P., 2010. Graphene: Electronics and photonics properties and devices. Nano Letters 10, 4285–4294

Chakraborty, M., & Hashmi, M. S. (2018). Graphene as a Material – An Overview of Its Properties and Characteristics and Development Potential for Practical Applications. Reference Module in Materials Science and Materials Engineering. doi:10.1016/b978-0-12-803581-8.10319-4

Chung, C., Kim, Y.K., Shin, D., et al., 2013. Biomedical applications of graphene and graphene oxide. Accounts of Chemical Research 46 (10), 2211–2224

Grafen Bazlı Piller - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved February 7, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/grafen-bazli-piller/

Grafen İçin 60 Farklı Kullanım Alanı - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved February 7, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/grafen-icin-60-farkli-kullanim-alani/

Grafen: Üretimi, Özellikleri ve Kullanım Alanları - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved February 7, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/grafen-uretimi-ozellikleri-ve-kullanim-alanlari-/

Grafen UV Sensörleri - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved February 7, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/grafen-uv-sensorleri/

Graphene structure showing: (a) sp 2 hybridized closely packed carbon... | Download Scientific Diagram. (n.d.). Retrieved February 7, 2024, from https://www.researchgate.net/figure/Graphene-structure-showing-a-sp-2-hybridized-closely-packed-carbon-atoms-tightly_fig4_337003782

Yakıt Pillerinde Nanoteknolojinin Rolü - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved February 7, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/yakit-pillerinde-nanoteknolojinin-rolu/

Penkov, O. V. (2020). Preparation and characterization of graphene. Tribology of Graphene, 51-90. doi:10.1016/b978-0-12-818641-1.00003-4

Premkumar, T., Geckeler, K.E., 2012. Graphene–DNA hybrid materials: Assembly, applications and prospects. Progress in Polymer Science 37, 515–529.

Sakhaee-Pour, A., Ahmadian, M.T., Vafai, A., 2008. Potential application of single-layered graphene sheet as strain sensor. Solid State Communications 147, 336–340.

Shao, Y., Wang, J., Wu, H., et al., 2010. Graphene based electrochemical sensors and biosensors: A review. Electroanalysis 22, 1027–1036

Zhang, B., Wang, Y., Zhai, G., 2016. Biomedical applications of the graphene-based materials. Materials Science and Engineering C 61, 953–964.