GRAFEN karbon atomu

Grafenin Kısa Tarihçesi

Grafit çok uzun süredir bilinen bir malzeme olagelmiştir (Neolitik dönemden beri kullanılmaktadır).

Atom yapısı iyi bir şekilde belgelenmiş olan grafitin, tek bir katmanının izole edilip edilemeyeceğine bilim insanları kafa yormuş, ancak yakın zamana kadar, bu düşünce hayata geçirilememiştir. 

Bilim insanları, grafitin tek bir atom inceliğe kadar tek bir tabaka halinde kesilmesinin mümkün olup olmadığından emin değildiler. Ancak 2004 yılında Manchester Üniversitesi’nden Andre Geim ve Konstantin Novoselov ilk izole edilmiş grafen örneği elde etmeyi başardı.

İşin ilginç tarafı, bunu başarabilmek için kullandıkları alet gerçekten çok basitti, bu alet sadece bir rulo banttı. Büyük bir grafit bloğunu parlatmak için bant kullanıldığında, bu araştırmacılar bant üzerinde olağanüstü ince pullar görmüşlerdi. Katman katman grafit pullarını soymaya devam ederek, olabildiğince ince bir numune ürettiler. Sonunda ‘Grafen’i bulmuşlardı.

Keşif çok tuhaftı, ilk başta bilim dünyası şüpheliydi.Saygın bir popüler doğa dergisi, bilim adamlarının bu konudaki makalelerini yayımlamayı iki kez reddetti. Ancak sonunda araştırma yayımlandı ve 2010 yılında Geim ve Novoselov keşiflerinden dolayı Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü.

Grafen Nedir

Grafen karbon atomunun bir atom kalınlığında katmanda meydana gelmiş altıgen örgü şeklinde bir maddedir. Kalem uçlarının üretimi gibi birçok uygulamada kullanılan grafitin malzemesinin de yapı taşıdır. Bu nedenle grafenin şaşırtıcı özellikleriyle sürekli mucize materyal olarak adlandırılan dikkat çekici bir maddedir.

Grafen Ne Zaman ve Nasıl Elde Edildi?

Grafenin keşfi 2000’li yılların başına dayanıyor. Ondan sonra 2004 yılında, Manchester Üniversitesi’nde görevli bilim insanlarından Andre Geim ve Konstantin Novoselov tarafından “şans eseri” keşfedilmiştir. Kurşun kalemin, kağıtta bıraktığı grafit kalıntıların (karalamanın) seloteyple (yapışkan bantla) tek bir tabakayı çekip alarak graphene elde edilmiştir ve bu iki bilim insanı, grafeni izole etmekle kalmadılar ayrıca bütün karakteristik özelliklerini tanımladılar.

Grafeni Nasıl Elde Edebiliriz?

Grafen çok heyecan verici bir malzeme olmasına rağmen, bundan yüksek kalitede ürün ortaya koymak hala zor bir iştir. Dünyadaki birçok şirket, CVD tabanlı bir işlem kullanarak sentezlenen yüksek kaliteli tek katmanlı grafenden, daha büyük miktarlarda grafitten üretilen grafen pullarına kadar farklı tiplerde grafen malzeme türleri üretiyor ayrıca yüksek kaliteli grafen malzemeler Ar-Ge faaliyetlerinde kullanılır. Aşırı hassas uygulamalarda bu malzemeyi kullanırız. Büyük hacimlerde ve daha düşük fiyatlarla üretilen grafen pulları, spor malzemeleri, tüketici elektroniği, otomotiv daha pek çok uygulamada da kullanılmaktadır.

Süper Özellikler

• Grafen tek atom kalınlığında bir malzemedir. Örneğin aynı kalınlıktaki çelikten yaklaşık 200 kat daha güçlüdür bu özelliğiyle dünyanın en kuvvetli maddesidir.
• Elektriği bakırdan daha iyi iletir başka bir deyişle mükemmel bir iletkendir.
• Tüyden bile hafif bir malzemedir örneğin elmastan çok daha serttir.
• Saydam olmasının yanı sıra dünyada elde edilen en ince nesnedir.
• Bükülebilir bir maddedir.

Grafenin Kullanım Alanları Nelerdir?

Bilim insanları, grafenle ilgili araştırmalarda daha yolun başında olsalar da geliştirilmekte olan bazı teknolojilerden bazıları şunlardır:

• Bataryaların ultra hızlı şarj edilmesinde,
• Güçlü ve dengeli spor aletleri üretilmesinde (tenis raketi gibi ),
• En önemlisi radyoaktif atıkların daha kolay temizlenebilmesinde,
• Hızlı flash hafızalarda,
• Graphene temelli güncellenebilen elektronik kağıtlarda,
• Küçük ve verimli biyosensör cihazlarda,
• Su geçirmeyen kıyafetlerde,
• Daha sağlam ve hafif uçaklarda,
• Dokunmatik ekranlarda,
• Doku yenilenmesinde yardımcı malzemelerde,
• Doğrudan vücuttaki nöronlara bağlanabilen biyonik cihazlarda özetle sonuç olarak bir çok kullanım alanı vardır.   

2010 yılında Nobel Fizik ödülü mucize malzeme grafeni keşfeden Andre Geim ve Konstantin Novoselov'a verilmişti. Grafen, grafitin selobant ile katmanlarının ayrılması yöntemiyle elde edildi. Grafiti pek bilmesek de kurşun kalemlerimizin içinde dahi rastladığımız bir madde aslında.

♻️

Karbon Nerelerde Bulunur

Bilinen yaklaşık on milyon karbon bileşiği vardır. Karbon güneşte, yıldızlarda, kuyruklu yıldızlarda ve çoğu gezegenin atmosferinde bol miktarda bulunur. 

Bazı meteoritler, güneş sistemi hala bir öngezegensel disk iken oluşan mikroskobik elmasları içerir. 

Diğer elementlerle birlikte, karbon dünyanın atmosferinde de bulunur ve tüm su kütlelerinde çözülür. Daha az miktarda kalsiyum, magnezyum ve demir ile, çok büyük kütleli karbonat kayalarının (kalker, dolomit, mermer vb.) ana bileşenidir.

Hidrojen ile birleştiğinde karbon, kömür, petrol ve hidrokarbon denilen doğal gaz oluşturur.

GEÇMİŞTEN GÜNÜMÜZE KARBON:

Karbon kelimesi Latince Carbo kelimesinden türetilmiş olup kömür anlamına gelmektedir. Yaşamın temelini oluşturan ve dünya kabuğunda en çok bulunan on beşinci element olan karbon, kütle olarak ele alındığında evrende hidrojen, helyum ve oksijenden sonra en çok bulunan dördüncü elementtir.

Karbon dev yıldızların çekirdeklerinde üçlü alfa olarak adlandırılan bir süreç sonucunda oluşmuştur.

Yıldızların yapılarında bulunan hidrojen atomunun tükenmesiyle birlikte yıldızda meydana gelen küçülmeyle çekirdek sıcaklıkları 100 milyon santigrat değerlerine ulaşır. Bu da karbon oluşumu için gerekli koşulların sağlanmasına neden olur. 

Güneşin çekirdek sıcaklığının yaklaşık altı katına tekabül eden bu sıcaklıklarda iki helyum atomunun füzyonu sonucu oluşan berilyum başka bir helyum atomuyla birleşerek karbon atomunu meydana getirir. Üç tane helyum atomunun dâhil olduğu bu süreç üçlü alfa süreci olarak adlandırılmıştır. Bu dev yıldızların ömürlerini tamamlayıp süpernova adı verilen patlamalarla yok olmalarıyla birlikte çekirdeklerinde bulunan karbon toz olarak uzaya dağılmaktadır. Uzaya dağılan bu toz birleşerek gezegenleri oluşturur ve farklı yıldız sistemlerinin oluşum süreçlerinde kritik rol oynar. 

İçinde bulunduğumuz güneş sistemi de bu yıldız sistemlerinden birisidir ve karbon, canlılığın oluşumunda temel bileşen olmuştur.

Karbonun insanlar arasında en bilinen formu olan kömür, yeryüzünde milyonlarca yıl önce oluşmuştur.