Grafen, iki boyutlu, atomik ölçekli bir malzemedir, hibridizasyon bağları sp2 aracılığıyla yüksek düzeyde kohezyona sahip olan ve bal peteğine benzer bir görünüme sahip, düzgün bir yüzeyde düzenlenmiş, hafif dalgalı tek bir karbon atomu katmanından yapılmıştır. Altıgen konfigürasyonu nedeniyle kafese benzer yapıdadır. Grafen, grafit veya elmas gibi allotropik bir karbon şeklidir. Böylece, bir milimetrelik grafit, üç milyon grafen tabakası içerir.
Doğada bilinen en güçlü, aynı yoğunlukta yapısal çelikten daha güçlü ve hatta elmastan daha sert olan ve aynı zamanda 1 ile 10 karbon atomu arasında değişen kalınlığa sahip bir malzemedir. Bu malzeme inceliğinden dolayı iki boyutlu kabul edilir; sadece bir atom kalınlığında stabil kalabilen tek malzemedir.
Elastik ve esnektir, grafen ayrıca büyük elektrik ve ısı iletkenliğine sahiptir. Bu, ısı dağılımına ve ısınmadan yoğun elektrik akımlarına dayanmasına izin verir. Neredeyse saydamdır, su geçirmezdir ve o kadar yoğundur ki helyum bile geçemez. Ayrıca, hızlı nano cihazlarda potansiyel kullanımı nedeniyle gelecekte onu özellikle ilginç kılacak bir özellik olan yüksek elektron hareketliliği gibi birçok başka nitelik de sergiliyor.
Grafen inanılmaz mekanik, elektronik, kimyasal, manyetik ve optik özelliklere sahiptir ve bu nedenle şu anda en çok araştırılan malzemelerden biridir. Ayrıca grafen, doğada bol miktarda bulunan ve çevre dostu olan saf karbondur.
Tüm bu nedenlerden dolayı grafen, çok farklı alanlarda binlerce uygulama için çok umut vericidir. Önümüzdeki on yıl içinde silikon gibi temel malzemeleri değiştirme potansiyeline sahiptir. Uygulamaları için olasılıklar dizisi o kadar geniş ve çeşitlidir ki teknolojik bir devrime yol açma potansiyeline sahiptir.
Her ikisi de 2010’da Nobel Fizik Ödülü’nü kazanan Konstantin Novoselov ve Andre Geim tarafından 2004’te keşfedildi.
Grafenin Temel Özellikleri
- Saf karbondur.
- İki boyutludur ve bir insan saçından 100.000 kat daha incedir.
- Doğanın en güçlü malzemesidir, aynı yoğunlukta yapısal çelikten 200 kat daha fazla güce sahiptir.
- Çizmek elmastan daha zordur.
- Elastiktir ve fiber karbondan daha esnektir.
- Aynı yoğunlukta fiber karbona sahiptir ancak alüminyumdan 5 kat daha hafiftir. 1 metrekarelik bir grafen levha yalnızca 0,77 miligram ağırlığındadır.
- Su geçirmezdir, su ve korozyona karşı dayanıklıdır.
- Kimyasal olarak inerttir, havadaki oksijenle reaksiyona girmez ve oksitlenmez.
- 2.600 m 2 / g’lık geniş bir özgül yüzey alanına sahiptir, bu nedenle bir futbol sahasını tamamen kaplamak için bir gram yeterlidir.
- O kadar yoğundur ki helyum bile geçemez. Bununla birlikte, su açık bir kaptaymış gibi aynı hızda buharlaşan su buharının geçmesine izin verir.
- Neredeyse ışığa saydamdır, çünkü tek bir grafen tabakasının optik absorpsiyonu, görünür spektrumda yalnızca ~% 2,3’tür.
- Bakır veya gümüşünkinden daha yüksek bir termal ve elektrik iletkenliğine sahiptir.
- Elektron taşırken daha az ısınır (daha düşük Joule etkisi) ve aynı görev için silikondan daha az elektrik tüketir.
- Frekans çarpanı olarak çalışır, bu nedenle yüksek saat frekanslarında çalışmayı mümkün kılar.
- İyonlaştırıcı radyasyona dayanıklı olduğundan sağlık sektörü gibi alanlarda (radyoterapi sistemleri vb.) Uygulanabilir.
- Biyouyumludur ve biyolojik hücreler için toksik değildir.
- Bakterisittir, ancak hücrelerin büyümesine izin verir. İçinde bakteri oluşmaz, bu nedenle biyotıp veya gıda endüstrisinde kullanılabilir.
- Alternatif özelliklere sahip yeni bileşikler oluşturmak için diğer maddelerle kimyasal olarak reaksiyona girebilir ve sınırsız bir uygulama alanı yelpazesi açar.
Grafenin Sahip Olabileceği Bazı Uygulamaların Bir Listesi
– Piller
– Sensörler
– işlemciler
– Ultrakapasitörler
– Kablosuz: nesnelerin interneti
– 3d baskı
– Robotik
– Telekomünikasyon
– Yüksek hızlı kablolar
– Binalar
– Sivil yapılar
– Yollar
– Ev boyaları
– Fotoğraf kameraları
– Bilgisayarlar
– Akıllı telefonlar ve tabletler
– Hoparlörler, kulaklıklar ve mikrofonlar
– Esnek dokunmatik ekranlar: OLED
– Otomobiller
– Motosikletler ve bisikletler
– Tekneler
– Trenler
– Uydular
– Dronlar
– Kompozitler
– Savunma: kurşun geçirmez yelekler, kasklar….
– Tekstil ve ayakkabı
– Termoplastikler
– Kağıt ve karton
– Ahşap
– Deri tabaklama
– Gıda ambalajı
– Spor malzemeleri
– Akıllı camlar
– Antikorozif ürünler
– Altın, gümüş, bakır, alüminyum alaşımları …
– Vücut telemetrisi
– Doku rejenerasyonu
– Sinir bağlantıları
– İlaç taşıyıcıları
– DNA sekanslama
– Vücut tarayıcıları
– Biyosensörler
– Diş Hekimliği
– Protezler ve implantlar
– Omurga bağlantıları
– Biyonikler
– Bandajlar ve antibakteriyel sargılar
– Ortopedik malzemeler
– İşitme cihazları
– Tıbbi amaçlı akıllı giysiler
– Optik: gece görüşü
– Güneş enerjisi
– Termal enerji
– Rüzgar enerjisi
– Elektrik enerjisi
– Nükleer enerji
– Radyoaktivite temizleme
– Suyu tuzdan arındırma
