Grafen-Grafen Oksit

Grafen Nedir?

Grafen, teknolojide devrim niteliğinde gelişmelere yol açan, karbon atomlarının iki boyutlu bal peteği düzenidir. Grafenin keşfi o kadar önemlidir ki, Rus bilim insanları Andre Geim ve Konstantin Novoselov’a bu keşiflerinden dolayı 2010 Nobel Fizik Ödülü’nü kazandırmıştır. Evrende rastladığımız malzemelerin neredeyse hepsi üç boyutludur. Bilim insanları da bir malzemenin özellikleri, iki boyutlu düzende olduğunda nasıl değiştiğiyle ilgili henüz çok az bir bilgiye sahiptir. Grafenin özellikleri de karbonun üç boyutlu düzeni olan grafitten çok farklıdır bu sebeple grafen araştırmaları malzemelerin iki boyutlu düzende nasıl özellikler kazandığını tahmin etmemizde oldukça yararlıdır.

Grafen Oksit Nedir?

Grafen oksit, grafenin oksitlenmiş formu olarak kabul edilir. Grafen oksidin keşfi, grafenin keşfedilmesinden çok daha öncedir. 1859’da GO ilk olarak grafitin oksidasyonu ve pul pul dökülmesiyle sentezlenmiştir. Bununla birlikte, grafenin keşfine kadar grafen oksit önemsiz bir malzeme olarak görüldü. Grafenin keşfedilmesinden sonra grafen oksit de grafen elde etmenin uygun bir yolu olarak dikkatleri çekmeyi başardı. Bu noktadan sonra grafen oksit üzerine yapılan çalışmalar hız kazandı ve çeşitli uygulamalara entegre edildi. GO sentezi esas olarak tepeden aşağı yaklaşımla üretilir. Grafitin güçlü oksidanlar veya sülfürik asit ve potasyum permanganat ile işlenmesi ve ardından sonikasyon ve kayma gerilimi gibi mekanik eksfoliyasyon yöntemleriyle elde edilir. Bununla birlikte, kimyasal buhar çökeltme (CVD) gibi aşağıdan yukarı sentez yöntemleriyle GO elde etmek de mümkündür. Üretim süreci sırasında grafit tabakalarının sp2 yapısı bozulur ve karboksil, hidroksil veya epoksi grupları gibi birkaç farklı oksijen içeren fonksiyonel gruplar elde edilir. Grafit katmanlarının oksidasyonu, katmanlar arasındaki aralığı artırır. Sonraki eksfoliyasyon aşaması, homojen grafen oksit katmanlarından oluşan bir çözelti elde etmek için grafit oksit katmanlarının birbirinden ayrılması ile yapılır. Başlangıç malzemesi olarak kullanılan grafitin ilk oksidasyon koşulları, verilen enerji, enerji kaynağı ve yanal boyutu gibi farklı parametreler, ortaya çıkan GO yapısı ve oksidasyon seviyesi üzerinde güçlü etkiye sahiptir. Bu parametrelerin manipülasyonu yoluyla, GO’nun özelliklerinde değişiklikler yapmak mümkündür. Özellikle oksidasyon seviyesi, GO levhaların kimyasal değişkenliğini güçlü bir şekilde etkiler.

Grafenin Özellikleri

• Grafen dünyası tek-katman, altıgen düzende karbon atomları anlamına gelmektedir. Eğer grafen başka bir düzende ise, bu özellikle belirtilmiştir. Örneğin çift katmanlı grafen ya da çok katmanlı grafen, bu malzemenin diğer formlarıdır.
• Elmasta ve grafitte olduğu gibi grafen bir karbon alotropudur. Daha da detaylandıracak olursak, grafen sp2 bağlı karbon atomlarından oluşmuştur ve atomları arasında 0.142 nm molekül bağ uzaklığı vardır.
• Grafenin en önemli üç özelliği çelikten 100 ile 300 kat arası daha sağlam olması, şu ana kadarki bilinen oda sıcaklığında en iyi iletken olması ve esnek olmasıdır.
• Grafen bilinen en ince ve en hafif malzemedir.
• Grafen saydamdır.

Grafenin Kullanım Alanları

• Bataryaların ultra hızlı şarj edilmesi
• Radyoaktif atıkların daha kolay temizlenebilmesi
• Hızlı flash hafızalar
• Güçlü ve daha dengeli aletler ve spor ekipmanları üretilmesi (tenis raketi gibi )
• Grafen temelli güncellenebilen elektronik kağıtlar
• Küçük ve verimli biyoosensör cihazlar
• Bataryaların yerini alabilecek süperkapasitörler
• Su geçirmeyen kıyafetler
• Daha sağlam ve hafif uçaklar ve koruma ekipmanları
• Doku yenilenmesinde yardımcı malzeme olarak kullanmak
• Tuzlu suyu, içilebilir suya dönüştürmek
• Doğrudan vücuttaki nöronlara bağlanabilen biyonik cihazlar