Grafen, aşağıda gösterildiği gibi altıgen bir şekilde düzenlenmiş karbon atomlarına sahip, tek atom kalınlığında bir grafit tabakasıdır.
Bir grafen levhadaki altıgen karbon atomları deseni.
Oldukça mütevazı bir görünüm ve görünüşte, basit bir yapıda olmasına rağmen, grafenin şu ana kadar bazı dikkat çekici özelliklere sahip olduğu belirlenmiştir.
Süper Hafif, Ancak Süper Güçlü
Grafenden yapılmış bir hamakta yatan bir kedi hayal edin. Kedi dört kg veya daha hafifse, bir miligramdan daha hafif tek bir grafen yaprağı hayvanı desteklemek için yeterli olacaktır. Benzetme, grafenin temel özelliklerini özetleyen bir belgede İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi Fizik Sınıfı tarafından yapılmıştır.
Grafen, altıgen bir kafes içinde düzenlenmiş bir atom kalınlığında bir karbon atomu tabakasıdır. Grafen kendi başına dikkate değer bir maddedir, çok sayıda şaşırtıcı özelliğe sahiptir ve sürekli olarak “harika malzeme” unvanını kazanmıştır.
Grafenin Özellikleri
Grafen, bir atom kalınlığında insanın bildiği en ince malzemedir ve aynı zamanda inanılmaz derecede güçlüdür.
Çelikten yaklaşık 200 kat daha güçlüdür.
Üstelik grafen, mükemmel bir ısı ve elektrik iletkenidir ve ilginç bir ışık emme yeteneğine sahiptir. Neredeyse her sektörde sınırsız entegrasyon potansiyeli ile gerçekten dünyayı değiştirebilecek bir malzemedir.
Fiziksel Mekanik Özellikler
Grafen, dünyanın en ince malzemelerinden biridir - yalnızca bir karbon atomu kalınlığındadır (yaklaşık 0,34 nm). Grafenden daha güçlü olabilecek tek bir malzeme vardır, bir karbon atomu dizisi olan Carbyne, temelde bir atom genişliğinde bir grafen şerit. Yine de Carbyne'in sentezlenmesi çok zordur.
Grafen hafiftir, metrekare başına yalnızca 0,77 miligramdır. Tek bir 2D levha olduğu için tüm malzemeler içinde en yüksek yüzey alanına sahiptir.
Grafen levhalar esnektir ve aslında grafen en gerilebilir kristaldir, onu kırmadan başlangıç boyutunun % 20'sine kadar uzatabilirsiniz. Son olarak, mükemmel grafen de oldukça geçirimsizdir ve helyum atomları bile içinden geçemez.
Elektronik Özellikler
Grafen, son derece yüksek elektrik akımı yoğunluğuna (bakırın bir milyon katı) ve kendine özgü hareketliliğe (silikonun 100 katı), gümüş de dahil olmak üzere oda sıcaklığında bilinen diğer tüm malzemelerden daha düşük bir dirence sahiptir. Onu bir süperiletken haline getirmenin de bazı yöntemleri vardır (% 100 verimlilikle elektrik taşıyabilir).
Tüm bunlar grafeni en hızlı ve en verimli iletken haline getirse de, bir bant aralığı olmadığı için transistör yapmak için hemen kullanılamaz. Var olan ve bazıları geliştirme aşamasında olan bir bant aralığı açmanın birkaç yöntemi vardır.
Termal İletkenlik
Grafen, karbon nanotüpler, grafit ve elmastan (5.000 W m K'nin üzerinde) daha yüksek olan - rekor termal iletkenliğe sahiptir - mükemmel bir termal iletkendir. Grafen ısıyı her yöne iletir yani izotropik bir iletkendir.
Optik Özellikler
Grafen son derece incedir, ancak yine de görünür bir malzemedir, çünkü beyaz ışığın yaklaşık % 2,3'ünü emer (bu, bir 2D malzeme için oldukça fazladır). Bunu grafenin şaşırtıcı elektronik özellikleriyle birleştirdiğinizde, grafenin teorik olarak çok verimli güneş pilleri yapmak için kullanılabileceği ortaya çıkar.
Ek olarak, görünür ışığın % 2,3'ünü absorbe etmesi, grafeni insan gözü için çok şeffaf hale getirir.
Kimyasal Özellikler
Grafenin tüm atomları ortama maruz kalsa da, inert bir malzemedir ve diğer atomlarla hemen reaksiyona girmez. Bununla birlikte grafen, farklı atomları ve molekülleri emebilir. Bu, elektronik özelliklerde değişikliklere yol açabilir ve ayrıca sensörleri veya diğer uygulamaları yapmak için kullanılabilir.
Grafen ayrıca çeşitli kimyasal gruplar tarafından işlevselleştirilebilir, bu da grafen oksit (oksijen ve helyum ile işlevselleştirilmiş) veya florlu grafen (flor ile işlevselleştirilmiş) gibi farklı malzemelerle sonuçlanabilir.
Kaynaklar / Referanslar
httpswww.graphene-info.com
httpswww.ua-magazine.com
- Lee, Changgu, vd. Tek tabakalı grafenin elastik özelliklerinin ve gerçek gücünün ölçülmesi . bilim 321.5887 (2008) 385-388.
- Cooper, Daniel R., vd. Grafenin deneysel incelemesi . ISRN Yoğun Madde Fiziği 2012 (2012).
- Thibado, PM, vd. Bağımsız grafenden dalgalanma kaynaklı akım . Physical Review E 102.4 (2020) 042101.