Sahte Grafen Nasıl Ayırt Edilir?

Son yıllarda malzeme bilimindeki son gelişmelerin merkezinde yer alan grafen üzerinde yoğun bir şekilde durulmuştur. Bu bağlamda, grafenin ve grafen temelli ürünlerin karakterizasyonu, sınıflandırılması, üretimi ve uygulamaları büyük bir ilgi odağı olmuştur.

Ancak, bu potansiyel özellikleri elde etmek, saf grafen parçacıklarını temin etme gereklilikleri nedeniyle zordur. Kullanılan üretim yöntemi, sonuçta elde edilen grafenin kalitesini ve doğal özelliklerini belirleyici bir faktördür. Her üretim yöntemi, grafen örneklerinde farklı safsızlıkların veya kusurların ortaya çıkmasına yol açabilir. Üretim koşullarını optimize etmek karmaşık ve maliyetli olduğundan, piyasadaki birçok grafen ürünü vaat edilen özellikleri karşılamayabilir. Bu nedenle, tüketicilerin sahte veya standart dışı grafen ürünlerine karşı dikkatli olmaları tavsiye edilir. Üstün kalite ve yüksek performans Nanografi grafen ürünleriyle araştırmalarınızı ve projelerinizi bir adım öteye taşıyın.

Giriş

Grafen, 21. yüzyılın öne çıkan malzemesi olarak değerlendirilmekte ve çarpıcı mekanik, kimyasal ve elektriksel özelliklere sahip olduğu belirtilmektedir. Ancak, bu iddia edilen özelliklerin teorik modellere dayandığı göz önünde bulundurulmalıdır, zira gerçek dünya uygulamalarında elde edilen grafenin kalitesi bu modellerdeki ideal durumlara tam olarak uymayabilir. Grafene olan yoğun talep, üretim süreçlerini hızlandırmış olsa da, bu ivmelenme kalite kontrolünde bazı tavizlere yol açmıştır. Dolayısıyla, grafen etiketi taşıyan bazı malzemelerin aslında rafine grafit tozundan öteye gitmediği ihtimalini göz ardı etmemek gerekir. Bu bağlamda, otantik grafen ile taklit ürünleri birbirinden ayırmak için detaylı ve sistematik test prosedürlerine ihtiyaç duyulmaktadır.

Grafenin Özellikleri: Genel İnceleme

Uluslararası Standardizasyon Örgütü (ISO) grafeni, altıgen bir yapıda dizilmiş tek katmanlı karbon atomları olarak tanımlar, bu da onu benzersiz bir 2 boyutlu madde kılar.

Grafen Türleri

• Tek Katmanlı Grafen: Tek bir monokristal altıgen yapıda karbon atomlarıyla tanımlanır.
• Çift Katmanlı Grafen: İki monokristal katmana sahip.
• Az Katmanlı Grafen: Birkaç katmandan oluşur, fakat on katmanı aşmaz.
• Çok Katmanlı Grafen: On katmana kadar olan katman sayısıyla karakterize edilir ve grafenin özelliklerini gösterir.

Grafenin Kalitesini Tanımlayan Faktörler

• Katman Kalınlığı: Grafenin fiziksel özellikleri, katman kalınlığına bağlı olarak değişiklik gösterebilir.
• Karbon Bileşimi: Grafenin genel kalitesinin belirleyicisi.
• Morfoloji: Grafen kristallerinin boyutunu, şeklini ve düzenini ifade eder.

Öne Çıkan Grafen Üretim Yöntemleri

• Kimyasal Buhar Birikimi (CVD): Bu yöntem, hidrokarbon gazları kullanarak, kontrollü bir ortamda, yüksek kaliteli grafen filmleri üretmeye olanak tanır.
• Grafitin Sıvı Faz Eksfoliyasyonu: Bu proses, grafiti tek katmanlı yapıya ayırmak için fiziksel kuvvetler kullanır. Ancak bu yöntem genellikle saf tek katmanlı grafen üretmez.
• Grafitin Oksidasyonu ve İndirgenmesi (GO ve rGO): Bu yaklaşım, grafit katmanlarını ayırmayı kolaylaştırır, ancak üretilen grafen, safsızlıklar nedeniyle ideal grafenden farklılık gösterebilir.

Sonuç olarak, grafenin benzersiz özelliklerinin belirlenmesi, kalınlık ve üretim yöntemi gibi faktörlere bağlıdır. Grafenin katman sayısı, onun otantik özelliklerini koruma kapasitesi üzerine etkisi olan kritik bir faktördür. Termodinamiğin önerdiği gibi, on katmana kadar olan grafenler, karakteristik grafen özelliklerini sürdürebilir. Bu, grafene olan talebin artmasıyla kalite kontrolünün hayati önem taşıdığını vurgulamaktadır.

Grafenin üretimi, özellikleri ve kullanım alanları ile ilgili detaylı bilgi edinmek için blog yazımı ziyaret edin.

Sahte Grafenin Tanımlanması ve Tespiti Üzerine İncelemeler

Grafen piyasasındaki artan büyüme ve kalite standartlarının eksikliği, piyasada "sahte" grafenin tanımlanmasını ve ayırt edilmesini zorlaştırmıştır. Grafenin standartlarının bulunmaması, piyasada satılan malzemenin genel kalitesini düşürerek, grafenin potansiyel uygulamalarının gelişimini engellemektedir. Çeşitli üreticilerin grafen örnekleri üzerinde yapılan incelemeler, birçok ürünün aslında sadece ince grafit parçacıklarından oluştuğunu ortaya koymuştur.

Sahte grafenin doğru bir şekilde tanımlanması için Kauling ve ekibi tarafından bir test protokolü önerilmiştir. Bu protokol; atomik kuvvet mikroskobu (AFM), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), Raman spektroskopisi, optik mikroskopi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve transmisyon elektron mikroskobu (TEM) tekniklerini içermektedir. Bu ekip, 60 farklı firmadan elde edilen grafen örnekleri üzerinde bu protokolü uygulayarak detaylı analizler gerçekleştirmiştir. Bu analiz yöntemleri, grafenin detaylı karakterizasyonunu sağlamaktadır. Örneğin, AFM grafen tabakalarının kalınlığını ölçerken, optik mikroskop grafenin boyutlarına odaklanır. Raman spektroskopisi, grafenin yapısındaki kusurları ve GO veya rGO'nun varlığını belirlerken, SEM ve TEM, grafenin morfolojisi hakkında detaylı bilgi verir. Karbon içeriğinin belirlenmesi için XPS kullanılmaktadır.

Kalite ve Sahte Grafen Ürünlerinin Piyasaya Etkileri

Kalite kontrol teknikleri ile elde edilen sonuçlar, kristal yapıda grafenin %100 sp2 bağlı olması gerektiğini, kaliteli bir grafenin birkaç nanometre kalınlıkta, yüksek karbon içeriğine sahip olması ve yoğun sp2 bağlarına sahip olması gerektiğini göstermektedir. Katman sayısındaki artış genellikle üretim sürecindeki koşullardan kaynaklanmaktadır. Düşük karbon içeriği, üretim sürecinde kullanılan maddelerden kaynaklanan kirliliklerden kaynaklanabilir. Sp3 bağları, grafenin altıgen yapısını bozabilir ve kusurlara neden olabilir. Bu bağlar, hidrojenin veya bazı metallerin varlığını gösterebilir.

Yüksek kaliteli grafen ürünleri üretmek, detaylı araştırma, yatırım ve özel ekipman gerektirir. Ayrıca, nano ölçekteki karakterizasyon yöntemleri, üreticiler için hem karmaşık hem de maliyetli olabilir. Kauling ve ekibi, incelenen örneklerin büyük bir kısmının aslında yüksek kaliteli grafen olmadığını ortaya koymuştur. Özellikle piyasadaki birçok ürünün aslında GO ve rGO olduğuna dikkat çekilmiştir. Bu durum, sahte grafenin piyasada ne kadar yaygın olduğuna dair endişelere neden olmaktadır. Bunun önüne geçebilmek için gelişmiş üretim teknikleri ve kalite kontrol mekanizmalarının oluşturulması gerekmektedir. Ancak, farklı grafen türlerinin çeşitli uygulamalarda kullanışlı olabileceğini unutmamak gerekir. Anahtar nokta, ürünlerin doğru bir şekilde etiketlenmesi ve kalite kontrolünün sağlanmasıdır.

Sonuç

Grafen, nanoteknoloji ve ileri malzeme biliminin öne çıkan bileşenlerinden biri olarak dikkat çekmektedir. Ancak bu bileşenin endüstriyel ve akademik uygulamalarının yaygınlaşması için standartlara ve kalite kontrolüne duyulan ihtiyaç her geçen gün artmaktadır. Bu kapsamda, Uluslararası Standardizasyon Örgütü, grafenin kalite standartlarını belirlemiş olup, bu standartlar sahte ve kalitesiz grafen ürünlerini ayırt etmek için kritik öneme sahiptir.

Mevcut teknolojik yaklaşımlar, ideal grafen kalitesini her zaman sağlayamamaktadır. Bu durum, bazı firmaların grafiti yüksek kaliteli grafen olarak pazarlamalarına olanak tanımaktadır. Bu yanıltıcı durum, bilimsel araştırmaların ve teknolojik gelişmelerin doğru yönde ilerlemesini engelleyebilir. Dolayısıyla, grafenin gerçekten yüksek kaliteli ve standartlara uygun olup olmadığını doğru bir şekilde belirlemek, hem akademik hem de endüstriyel perspektiften büyük bir öneme sahiptir. 

Bu bağlamda, nanoteknoloji alanında dünya çapında bir öncü olan Nanografi'nin sunduğu son teknoloji nanomateryalleri keşfetmek, bilimin ve teknolojinin sınırlarını daha ileri taşımak için büyük bir fırsat sunmaktadır.

Kaynakça

Atomik Kuvvet Mikroskobu | Merkezi Laboratuvar. (n.d.). Retrieved February 7, 2024, from https://merlab.metu.edu.tr/tr/atomik-kuvvet-mikroskobu

Bøggild, P. (2018). The war on fake graphene.

Chemistry news, research and opinions | Chemistry World. (n.d.). Retrieved April 1, 2020, from https://www.chemistryworld.com/opinion/an-indepen...

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-/

International Organization for Standardization (ISO), in Nanotechnologies – Vocabulary – Part 13: Graphene and Related Two-Dimensional (2D) Materials, BSI Standards Publication, London, UK 2017

Kauling, A. P., Seefeldt, A. T., Pisoni, D. P., Pradeep, R. C., Bentini, R., Oliveira, R. V., ... & Castro Neto, A. H. (2018). The worldwide graphene flake production. Advanced Materials, 30(44), 1803784.

Raman Spektroskopisi | Cihazlar, Tanıtım ve İlkeler. (n.d.). Retrieved February 7, 2024, from https://www.mt.com/tr/tr/home/applications/L1_AutoChem_Applications/Raman-Spectroscopy.html