İlginizi Çekebilir
  1. Ana Sayfa
  2. Bilim
  3. Grafen Aerojel Nedir? Çelikten Güçlü, Kağıttan İnce!

Grafen Aerojel Nedir? Çelikten Güçlü, Kağıttan İnce!

Grafen aerojel nedir?

Çelikten daha güçlü, kağıttan daha ince, grafen teknolojinin geleceği olabilir

Teknolojik gelişmeler tarihin akışını yönlendirir. Bronz ve demir, eski toplumların yayılması için o kadar önemliydi ki, tüm çağlara kendi adlarını verdiler. Amerikan çelik endüstrisinin yükselişiyle birlikte, demiryolu hatları Atlantik’ten Pasifik’e yayıldı, bir milletin kanını taşıyan metal damarlar. Silikon yarı iletkenler, bilgisayarların büyümesini ve matbaadan bu yana bilgi teknolojisindeki en büyük artışı sağladı. Bu malzemeler toplumun gelişimini şekillendirdi ve hangi ülkelerin jeopolitiğe hakim olduğunu belirlemeye yardımcı oldu.

Şimdi ise yeni bir malzemenin geleceği değiştirme potansiyeli var. “Süper malzeme” olarak adlandırılan grafen, dünyanın her yerinden araştırmacıların ilgisini üzerinde topluyor. Grafenin mucizevi özelliklerinin  listesi onu eşsiz kılıyor, fiziğin ve mühendisliğin geleceği için çok büyük etkileri olacağı düşünülüyor.

Aynı zamanda grafen oksit olarak bilinen malzeme grafenin bir türevi olarak görülür. Grafitin oksitlenmesi sonucunda oluşur.

Grafenden Önce, Kısaca Grafit Nedir Onu Hatırlayalım

Elmas ve Kömür arası bir materyal olan grafit, elmas gibi karbonun bir formudur. Ancak birçok noktada elmastan ayrılır. Elmas dünyanın en sert elementi olarak bilinirken, grafit oldukça yumuşaktır. 

Günümüzde kullanım alanı giderek genişliyor. Kurşun kalemler, karbon kağıtlar, grafit pota, elektrot çubuk, conta, karbon plaka, elektrikli piller-bataryalar, jet motorları, pil tozu, ateşe dayanıklı boyalar ve daha sayamadığımız çok sayıda üründe kullanılıyor.

Grafen Tam Olarak Nedir, Nasıl Elde Edilir?

Grafeni tanımlamanın en basit yolu ince bir grafit tabakası olduğunu söylemektir (kurşun kalemde kullanılan yumuşak, pul pul yapıdaki malzeme). Grafit, karbon elementinin allotropudur, yani aynı atomlara sahiptir, ancak karbona bazı özellikler vererek farklı bir şekilde düzenlenmiş halidir. Örneğin, hem elmas hem de grafit karbon formuna sahiptir, ancak ikisinin de son derece farklı yapıları var. Elmaslar inanılmaz derecede güçlü, grafit ise kırılgandır. 

İlginç bir şekilde grafen, grafitten izole edildiğinde bazı mucizevi özellikler kazanır. Şimdiye kadar keşfedilen ilk iki boyutlu malzeme, yalnızca bir atom kalınlığında. Buna rağmen grafen, evrende varlığı bilinen en güçlü malzemedir. 130 GPa (gigapaskal) mukavemeti ile çelikten 100 kat daha güçlüdür.

Grafenin çok ince olmasına rağmen inanılmaz gücü onu şaşırtıcı kılmak için zaten yeterli, ancak benzersiz özellikleri bununla kalmıyor. Aynı zamanda esnek, şeffaf ve oldukça iletkendir. Grafenin mükemmel olmadığı pek bir alan yokmuş gibi görünüyor.

Grafenin Tarihi: Bir Rulo Bant ve Bir Rüya

Grafit uzun süredir bilinen bir niceliktir (insanlar bunu Neolitik çağdan beri kullanıyor). Atomik yapısı uzun süredir bilinse de bilim adamları uzun bir süre tek tabakalı grafitin izole edilip edilemeyeceğini düşündüler. Ancak yakın zamana kadar, grafen sadece bir teoriydi, çünkü bilim adamları grafiti atom inceliğinde tek bir tabakaya bölmenin mümkün olup olmayacağından emin değildi. İzole edilen ilk grafen örneği 2004 yılında Manchester Üniversitesi’nde Andre Geim ve Konstantin Novoselov tarafından geliştirildi. Efsanevi maddeyi devasa, pahalı bir makine parçası kullanarak izole etmeleri beklenebilir, ancak kullandıkları alet garipti: Bir rulo bant.

Araştırmacılar, büyük bir grafit bloğunu cilalamak için bant kullanırken, bantta olağanüstü ince pullar olduğunu fark ettiler. Tabakayı grafit pullarından çıkarmaya devam ettiler ve sonunda yeterince ince bir numune ürettiler. Bingo! Grafen bulmuşlardı. Keşif o kadar garipsendi ki, bilim dünyası ilk başta bu buluşa şüpheci yaklaştı. Nature dergisi, deney hakkında yazdıkları makaleleri iki kez reddetti. Sonunda, buluşları kabul gördü ve yayınlandı. 2010 yılında Geim ve Novoselov, keşiflerinden dolayı Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü.

Grafenin Bazı Potansiyel Kullanım Alanları

Grafen, birçok üstün özelliklerinden yalnızca birine sahip olsaydı, potansiyel kullanımlara yönelik yoğun araştırmaların konusu olurdu. Pek çok yönden bu kadar dikkat çekici olan grafen, bilim insanlarına, malzeme için tüketici teknolojisi ve çevre bilimi gibi çeşitli alanlarda geniş bir kullanım alanı düşünmeleri için ilham verdi.

  • Elektronik Sektörü

Grafen, güçlü elektriksel özelliklerinin yanı sıra oldukça esnek ve şeffaftır. Bu, onu taşınabilir elektroniklerde kullanım için çekici kılar. Akıllı telefonlar ve tabletler, grafen kullanılarak çok daha dayanıklı hale gelebilir ve belki de kağıt gibi katlanabilir. Giyilebilir elektronik cihazlar, bilindiği üzere son zamanlarda giderek popülerleşiyor. Grafenle bu cihazlar daha da kullanışlı hale getirilebilir ve aynı zamanda uzuvların etrafını sıkıca saracak ve çeşitli hareket formlarına uyacak şekilde bükülebilir. 

Grafenin esnekliği ve mikroskobik genişliği, tüketici cihazlarının ötesinde bir kullanım alanına sahip. Bununla birlikte biyomedikal çalışmalarda da faydası olacağı düşünülüyor. İnsan vücudunda kolayca ve zararsız bir şekilde hareket edebilen, dokuyu analiz edebilen ve hatta belirli bölgelere ilaç verebilen grafen ile, küçük makineler ve sensörler yapılabilir. Karbon zaten insan vücudunda çok önemli bir bileşendir; biraz fazladan bulunmasının zararı olmayacaktır.

  • Güneş Panelleri

Grafen hem oldukça iletken hem de şeffaftır. Bu nedenle gelecekte güneş panellerinde malzeme olarak tercih edilmesi muhtemel. Eski model güneş panelleri, bir foton yüzeye çarptığında yalnızca bir elektronu serbest bırakan silikon kullanır. Silikon, kendisine çarpan foton başına yalnızca bir elektron salabilir. Araştırmalara göre grafen, kendisine çarpan her foton için birden fazla elektron salabiliyor. Bu nedenle grafenin, güneş enerjisini elektriğe dönüştürmede daha iyi olabileceği düşünülüyor.

  • Su Filtrasyonu

Grafenin sıkı atomik bağları, neredeyse hiçbir gazı ve sıvıyı geçirmemesini sağlar. Su molekülleri bir istisnadır, su grafenden geçebilir. Birçok gaz ve sıvı grafen tarafından geçirilmediği için, grafen su filtrelemek için gayet iyi bir araç olabilir. 

  • Sivrisineklerden Korunma

Çok az şey sivrisinek kadar sinir bozucudur. Kaşıntılı ısırıkları ve sıtma gibi korkunç hastalıkları yayma eğilimleriyle her sivrisinek birer baş belasıdır. Neyse ki, Brown Üniversitesi’ndeki araştırmacılar grafen kullanarak işe yarayabilecek bir çözüm ürettiler. 2019’da yayınlanan araştırmaya göre, cilt üzerine yerleştirilen grafen, sivrisineklerin deriye ulaşmasını engelliyor. Bunun sebebi ise, grafenin sivrisineklerin algılarını kapaması olarak biliniyor.

Grafen Araştırmalarının Geleceği

Grafenin güçlü yönleri göz önüne alındığında, onu neredeyse her yerde kullanmayı düşünebilirsiniz. Hatta nükleer santrallerde bile kullanılabileceği düşünülüyor. Öyleyse aklınızda oluşacağını düşündüğümüz soruya gelelim, “Bu kadar çok kullanım alanı varken grafen, neden çok benimsenmiyor?” Tahmin edin bakalım, evet fiyatı biraz pahalı. Grafenin yüksek miktarlarda üretilmesi günümüzde çok maliyetli ve seri üretimi gereken herhangi bir üründe kullanımını sınırlayabilir. Bu demektir ki, bilimsel bir keşif ne kadar inanılmaz olursa olsun; ekonomi her zaman başarıya karar verecektir.

Üretim sorunları bir yana, grafen hakkında araştırmalar tam gaz devam ediyor. Grafenin ilk keşfedildiği Manchester Üniversitesi de dahil olmak üzere dünyanın dört bir yanındaki araştırma laboratuvarları, grafen üretme ve kullanma konusunda yeni yöntemler için sürekli olarak patent başvurusu yapıyor. Bu arada, Uzak Doğu’da aralarında Samsung’un da bulunduğu birçok büyük teknoloji şirketi, grafen üzerine çok ciddi araştırmalar yapıyor.

Devrimler bir gecede olmaz. Örneğin silikon maddesi, 19. yüzyılın ortalarında keşfedildi, ancak silikonun yarı iletkenlerin ve bilgisayarların yükselişine ön ayak olması yaklaşık bir yüzyıl sürdü. Neredeyse efsanevi nitelikleriyle grafen, insanlık tarihinin bir sonraki çağına yön veren kaynaklardan olabilir mi? Bunu zaman gösterecek.

Yorum Yap
Bu Yazıya Tepkiniz Ne Oldu?

Yorum Yap