Kategori: Bilim

Maddeler katı haldeyken, kendilerini oluşturan atomlar üç boyutlu uzayda tekrar eden bir şekilde dizili hale gelebilir. Fizikte, hepimizin bildiği gibi bu yapılara kristal denmektedir. Kristallerin, düzensiz maddelerden oldukça farklı özellikleri vardır. Tekrar eden yapılardan oluştukları için, birim hücrelere indirgenip incelenebilirler. Bu özellikler yıllar içerisinde yarı iletkenlik, süper iletkenlik gibi çığır açan yeni teknolojilerin bulunmasını sağlamıştır.

Tuz Kristalinin Örgüsü (Mor: Sodyum, Mavi: Klor)

En başta da söylediğimiz gibi, kristaller üç boyutlu yapılara sahiptir. Aşağıdaki resimde bir grafit (kömür) kristali görmektesiniz. Bu yapı, altıgen (bal peteği) şeklinde dizilmiş karbon atomlarının, katmanlar halinde dizilmesi ile oluşmaktadır. 2004 yılında Andre Geim ve Kostya Novoselov adlı iki bilim insanı Manchester Üniversitesi’nde üst üste dizilmiş bu altıgen katmanları ayırıp, tek katman grafit elde etmeyi başarmıştır. Bunu başarmak için, oldukça basit bir şekilde grafit bir bloğa Scotch marka, kırtasiyelerde satılan bir bantı yapıştırıp çekmişlerdir. Elde ettikleri tek katmandan oluşan grafit yapıya “Grafen” adı verilmiştir.

Sol tarafta bir grafit (kalem ucu, kömür, vb.) kristalinin örgüsü görülmektedir. Eğer grafitin sadece bir katmanı alınırsa sağda taramalı tünelleme mikroskobu ile görüntülenen grafen yapısı elde edilir.

Grafen, diğer kristallerden farklı olarak sadece tek katman boyunca atomlar ihtiva etmektedir, yani aslında grafen 2 boyutlu bir yapıdadır. Bu 2 boyutlu yapı, grafene karakteristik bir takım yapısal, elektronik ve optik özellikler kazandırmaktadır.

Kristallerin içerisindeki elektronlar, yarı iletkenlerden tanıdığımız gibi bir bant yapısına sahiptir. Normalde elektronların momentum-kinetik enerji ilişkisi, klasik anlamda bildiğimiz ½ mv2 formülüne benzer bir yapıya sahiptir. Ancak grafen içerisinde elektronlar atom örgüsüyle olan etkileşimlerinden dolayı kütlesiz gibi davranmaktadır (foton gibi). Bu ve grafenin elektronik bant yapısı, grafene oldukça yüksek bir iletkenlik sağlamaktadır. Oda sıcaklığında bile, grafen gümüşten çok daha iyi bir iletkendir. Ancak genelde grafen bir zeminin üzerine yerleştirildiği için, zeminle etkileşmekte ve iletkenliği azalmaktadır.

Grafenin başka bir ilginç özelliği de esnek ve çok dayanıklı olmasıdır. Sp2 hibridizasyonu adı verilen bir bağ şekli yüzünden, belli yönlerdeki kuvvetlere karşı elmas kadar dayanıklıdır. Grafenin esnekliği ve iletkenliği bir çok farklı alanda uygulama yapılmasına olanak sağlamaktadır.

Akla gelen en ilginç grafen uygulamalarından biri bükülebilen ekranlardır. Grafen neredeyse tamamen şeffaf bir malzemedir. Grafen  ve OLED teknolojisi kullanılarak esnek ekranlar üretmek mümkündür. Şu an ürün olarak bulmak mümkün olmasa da, birçok prototip üretilmiştir. Yakın zaman içerisinde grafen tabanlı esnek ekranlar görmek mümkün olacaktır. Bu esneklik ve iletkenlik ile aynı zamanda karbon bazlı ve toksik olmaması, grafenin giyilebilir ve medikal uygulamalarda da kullanılmasını sağlayacaktır.
465988e-i1.0.jpg (400×330)

   Prototip Grafen Ekran

Grafenin olası başka bir uygulama alanı da pillere alternatif olan süperkapasitörlerdir. Süperkapasitörler, normal kondansatörlerden kat kat fazla yük saklayabildikleri için günümüzde yaşanan pil kapasitesi sıkıntılarını yakın bir gelecekte çözebilir.

supercaps.jpg (800×385)

İlgili Yazılar

Yorum Yapın

Arama yapın