Grafen; karbon atomlarının bir araya gelerek oluşturduğu iki boyutlu bir yapıdır. Bal peteği şeklinde bir kristal kafes yapısına sahiptir. Bundan 70 yıl kadar önce Landau ve Peierls adlı iki bilim insanı iki boyutlu kristallerin termodinamik olarak kararsız olduklarını ve bu nedenle var olamayacaklarını ortaya atmışlardır. Daha sonraki yıllarda Mermin tarafından bu deneyler ayrıntılı bir şekilde çalışılmıştır. Mermin’e göre ince filmlerin erime sıcaklığının, film kalınlığının azalmasına bağlı olarak hızlı bir şekilde azaldığı ve bunun sonucunda düzinelerce atomik tabaka kalınlığında dahi filmlerin kararsız olduğu öne sürülmüştür. Bu nedenle atomik monotabakalar uzun yıllar boyunca daha büyük üç boyutlu yapıların integral parçaları olarak düşünülmüştür. Bu nedenle 3D temelleri olmaksızın var olabileceğine ihtimal verilmemiştir. Bu ortak akıl grafenin deneysel olarak bulunuşuyla çürütülmüştür.
Grafenin Kullanım Alanları ve Avantajları
Mucize bir malzeme olan grafeni çok miktarda üretebildiğimizde teknoloji alanında büyük bir sıçrayış yaşayacağımız kesin. Kaynağı karbon elementi olduğu için doğada oldukça fazla miktarda bulunuyor ve petrol gibi uğruna savaş vereceğimiz bir madde değil. Grafenin eldesi için bu karbon atomlarının akıllıca işlenmesi gerekiyor. Yani, karbon atomları 2 boyutlu olarak sıralandığı taktirde grafeni elde etmiş oluyoruz.
Grafen; mekanik, ısıl, optik, elektronik ve elektrokimyasal özellikleriyle çok fazla alanda araştırılmıştır. Çok yüksek ısıl ve elektrik iletkenliğine ve yüksek optik geçirgenliğe sahiptir. Atomik kalınlıkta olması nedeniyle evrendeki en ince ve bilinen en yüksek mekanik dayanıma sahip malzemedir. İki boyutlu yapısı nedeniyle yüzey alanı çok geniştir. Grafenin çelikten bile 200 kat dayanıklı olması bizi en çok heyecanlandıran nokta olmuştur. Bu özelliği çok fazla alanda kullanabiliriz. Örneğin; askerlerin kullanabileceği kıyafetler grafenden yapılırsa savaş alanında yaralanmalar tarihe karışmış olacaktır. Aynı şekilde tanklar, uçaklar grafenden yapılırsa hayal ettiğimizin ötesinde çok daha sağlam olacaktır. Gelişmiş ülkelerdeki firmalar bu konuya çok fazla önem veriyor. Bilgisayarlar, tablet ve telefonlarımızda kullandığımız mikroçipler, işlemciler bilindiği gibi silikondan yapılıyor. IBM firması silikonun yerine bu alanda grafenlerin kullanıldığı ve olumlu sonuçların da ortaya çıktığı bir sürü çalışma yürütmektedir. Grafen bir işlemci olarak kullanıldığı zaman hem düşük enerji tükecek hem de şimdiki işlemcilerden 100 kat daha hızlı olacaktır.
Uzayla ilgili araştırmalarda da grafen teknolojisi ön plana çıkıyor. Araştırmalarda kullanılan roketler grafenle kaplandığı zaman atmosferi geçerken oluşacak her türlü basınç kaynaklı tehlikenin yok olacağı düşünülüyor.
Modern dünyada hepimizin en çok canını sıkan konu olan piller ve bataryalar ise bu teknolojiyle mükemmel bir boyut kazanacak. Piyasada satılan en iyi cep telefonunun şarjı bile yaklaşık 3 gün dayanıyor. Özellikle Japonların çok fazla araştırma yaptığı grafen piller sayesinde telefonlarımızı yaklaşık 5 saniye şarja taktığımızda 10 gün boyunca rahatça kullanabileceğiz. Aynı şekilde otomobillerde 30 saniye şarjla 2000 km hatta 3000 km yol alabilecekler. İlerde iskambil kartı kadar telefonumuzu katlayıp cebimize koyabileceğiz. Belki de televizyonlar ve bilgisayarlar bir tablo gibi olacak istenilen zamanda katlayıp çantamıza koyarak yanımızda istediğimiz yere götürebileceğiz.
Özetle grafeni kullanacağımız diğer alanlardan da bahsedersek;
- Kendi kendini güncelleyebilen elektronik kağıtlar
- Biyosensörlerin en üst versiyonları
- Su geçirmeyen, yanmayan delinmeyen kıyafetler
- Doku yenilenmesinde yardımcı malzemeler
- Tuzlu suyu, içilebilir suya dönüştürmek
- Doğrudan vücuttaki nöronlara bağlanabilen biyonik cihazlar
Bizi çok fazla hızlandıracak ve geliştirecek olan bu malzeme ne yazık ki doğada istediğimiz formda değil. Bu da basit bir işlem sonrası da elde edemiyoruz. Endüstriyel anlamda kolayca üretemediğimiz için de maliyeti çok yüksek. 20. yüzyılın başından beri grafenle ilgili birçok çalışma yapıldı. Novoselov ve Geim, grafen üretmenin çok kolay bir yolunu bulduğunda teorik ve deneysel çalışan bilim insanları bu yönteme büyük ilgi göstermeye başladı. Bu çalışmaları nedeniyle 2010 yılına gelindiğinde muhteşem ikili Nobel ödülü kazanmayı hak etmiştir. Sadece kurşun kalem ve bant kullanarak grafen elde etmenin mümkün olduğunu bize gösterdiler. Bu ikili kurşun kalemin ucunu toz haline getirip onu bantladılar ve bant katmanını diğerinin üstüne bantladılar böylece her tekrarda daha düzenli bir yapı elde ettiler. Sonuç olarak bu güzel teknolojiyi Samsung satın aldı. Böylece çok miktarda grafen üretimi için umut ışığı oldu. 10-15 yıldan beri bol miktarda grafen üretimi için çok fazla para harcandı ve son derece büyük bir merakla grafenin artık hayatımızda daha çok kullanılacağı günün gelmesi bekleniyor.
