lovesouthernsocial.com

Grafen, teknolojide devrim yaratabilecek çeşitli özelliklere sahip bir malzemedir.

OpenClipart-Vektörler görüntü içinde Pixabay

Grafen, yüksekliği bir atomun yüksekliğine eşit olan altıgen yapılarda düzenlenmiş iki boyutlu bir karbon atomu katmanından oluşan bir malzemedir. Bu malzeme, Dünya'da bol miktarda bulunan ve karbonun en yaygın allotroplarından biri olan grafitin yüzey katmanlarının çıkarılmasıyla üretilebilir.

Grafenin kimyasal bağları ve kalınlığı, bu elementin mekanik direnç, termal ve elektriksel iletkenlik gibi birçok önemli özelliğinden sorumludur. Bu özellikler, sonsuz kullanım olanakları nedeniyle bilim adamlarını ve teknoloji endüstrisini cezbetmiştir.

Grafenin keşfi

Kararlı, iki boyutlu grafen 2004 yılında Rus fizikçiler Andre Geim ve Konstantin Novoselov tarafından tesadüfen keşfedildi. Bu keşif, araştırmacılara 2010 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırdı. Ancak bu karbon allotropunun varlığı 1930'dan beri biliniyor.

Grafen Özellikleri

Grafen, onu çeşitli teknolojik uygulamalara sahip bir malzeme haline getiren sayısız özelliğe sahiptir. Bu allotropun temel özelliklerini bilin.

Mekanik özellikler

Grafen şimdiye kadar bilinen en güçlü malzemedir. Bu direnç, karbon atomları arasında oluşan güçlü bağlardan kaynaklanmaktadır. Çelik gibi sivil inşaatta yaygın olarak kullanılan malzemeler bu basıncın sadece üçte birine dayanır.

Grafenin bir başka ilginç özelliği de yüksek Young modülüdür, bu da bu malzemenin dirençli olmasının yanı sıra çok elastik olduğunu gösterir. Bu nedenle, nispeten kolay bir şekilde orijinal boyutuna dönebilir.

Her karbon altıgenin küçük alanları, hidrojen gazı gibi kaplarından kolayca sızan gazları tutabilen küçük bir ağ olarak kullanılabilen grafenin yüksek geçirimsizliğinden sorumludur. Grafen, son derece dayanıklı olmasının yanı sıra çok hafiftir: yoğunluğu 0,77 g/m²'dir, yani bir kağıt yaprağından yaklaşık bin kat daha hafiftir.

elektriksel özellikler

Elektronlar, sapma veya çarpışma olmadan neredeyse özgürce grafen içinde yayılabilirler. Karbon bağlarının altıgen yapısından dolayı elektronlar bu ince tabakaların içinde göreli hızlarda yani ışık hızına yakın hızda hareket ederler.

Oda sıcaklığında, grafenin elektrik direnci var olan en düşük seviyededir. Böylece, bu element en iyi metalik iletken olarak kabul edilebilir.

optik özellikler

Gelen ışığın %97,5'inin geçmesine izin vererek, grafen çıplak gözle görülemez. Bu optik davranış, grafen içindeki elektronların göreli özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Bu, birkaç grafen tabakasını istifleyerek, üzerine gelen neredeyse tüm radyasyonu emebilen mükemmel siyah bir gövde üretmenin mümkün olduğu anlamına gelir.

termal özellikler

Elektriksel özelliklerinden dolayı grafen mükemmel bir termal iletkendir. Bu malzeme, ısıyı bilinen herhangi bir malzemeden daha hızlı dağıtma yeteneğine sahiptir. Ayrıca, bazı çalışmalar erime sıcaklığının 3851 °C olduğunu göstermektedir.

Bu nedenle, grafenin ana özellikleri ve özellikleri şunlardır:

• Son derece incedir: bir atomun kalınlığıdır;
• Oldukça dayanıklıdır: çelikten yaklaşık 200 kat daha güçlüdür;
• Esnektir;
• Su geçirmezdir;
• Saydamdır: ışık ışınlarının yaklaşık %97,5'ini iletir;
• Yüksek termal ve elektrik iletkenliğine sahiptir: Elektrik enerjisini bakırdan 100 kat daha hızlı iletir. Çalışmalar ayrıca elektronların grafenden geçme hızının 1000 km/s (silikondan 60 kat daha hızlı) olduğunu göstermiştir;
• Yüksek sertliğe sahiptir
• Daha az Joule etkisi vardır: elektronları iletirken ısı şeklinde daha az enerji kaybeder.

Grafen Uygulamaları

Özellikleri ve özellikleri nedeniyle grafen, bilinen en umut verici malzemelerden biridir. Teknolojik uygulamaları çok geniştir, ancak bu malzemeyi büyük ölçekte üretme kapasitesi ile sınırlıdır. Katlanır LED ekranlar, fotovoltaik hücreler, daha verimli transistörler, süper kapasitörler, soğutucular ve süper cep telefonu pilleri gibi cihazlar, grafen kullanılarak geliştirilen teknolojilere örnek olarak verilebilir.

Ek olarak, grafen, aşağıdakiler gibi diğer çalışma alanlarında da uygulanabilir:

İçme suyu

Grafenle oluşturulmuş membranlar deniz suyunu tuzdan arındırabilir ve arıtabilir

CO2 emisyonları

Grafen filtreleri, endüstriler ve işletmeler tarafından üretilen gazları ayırarak CO2 emisyonlarını azaltabilir.

hastalık tespiti

Çok daha hızlı biyomedikal sensörler grafen tabanlıdır ve hastalıkları, virüsleri ve diğer toksinleri tespit edebilir.

Yapı

Beton ve alüminyum gibi yapı malzemeleri, grafen ilavesiyle daha hafif ve daha güçlü hale gelir.

Estetik

Grafen püskürterek saç boyama 30 yıkamaya kadar sürer

Mikro cihazlar

Silikonun grafen ile değiştirilmesi nedeniyle daha küçük ve daha güçlü talaşlar

Enerji

Güneş pilleri, grafen kullanımıyla daha iyi esnekliğe, daha fazla şeffaflığa ve daha düşük üretim maliyetlerine sahiptir.

Elektronik

Daha iyi ve daha hızlı enerji depolamaya sahip piller

Hareketlilik

Bisikletler, grafen kullanarak daha sert lastiklere ve 350 gram ağırlığında çerçevelere sahip olabilir

Grafen ile ilgili çalışmalar arasında internet için yeni veri iletim kablolarının geliştirilmesini içerenler öne çıkıyor. dergisinin yaptığı bir araştırmaya göre Doğa İletişimi, fikir, grafen içindeki elektronların ulaştığı tüm hızdan yararlanmaktır - hücreler, şu anda kullanılan kablolardan yüzlerce kat daha hızlı hareket eder.

Brezilya için grafenin önemi

Brezilya, grafen üretimi için daha ucuz ve daha verimli yöntemler arayışındaki teknolojik yarışın bir parçası. Ulusal Maden Üretim Departmanı (DNPM) tarafından hazırlanan rapora göre, grafen pazarı, 10 yılda 1 trilyon dolara ulaşma potansiyeli ile dünyanın en karlı pazarlarından biri olmalıdır. Ayrıca Brezilya, dünyadaki en büyük grafen rezervlerine sahiptir.

Grafen fiyatı

Onu elde etmenin karmaşık yolları nedeniyle, grafenin fiyatı hala yüksek. Bu malzemenin saf ve ince tabakalarının üretilmesine izin veren en güncel teknikler, bakır levhalar gibi metalik alt tabakalar üzerinde buhar biriktirme ile çalışır.

Şu anda, 2.08 cm'ye 1.54 cm'lik bir grafen tabakası 275 dolara mal olabilir: inç kare başına ortalama 21 dolar. Ancak, safsızlıklar ve asimetriler gibi faktörler bu fiyatı önemli ölçüde azaltabilir. Grafen, grafitten de elde edilebilir: Yaklaşık 1 dolara mal olan 1 kg grafit ile değeri 15 bin doları aşan 150 gr grafen üretmek mümkündür.

Grafen hakkında merak edilenler

• Avrupa Birliği'nden Grafen Amiral Gemisi projesi, grafen ile ilgili araştırmalar, uygulamalar ve endüstriyel ölçekte üretimin geliştirilmesi için yaklaşık 1,3 milyar avro ayırdı. Toplamda 23 ülkeden 150 kurum bu projeye katılıyor.
• Uzay yolculuğu için geliştirilen ilk bavul, bileşiminde grafen içeriyor. Lansmanı, NASA'nın Mars'a seferler gerçekleştirmeyi planladığı 2033 için planlanıyor.
• Borophene, grafenin yeni rakibi. 2015 yılında keşfedilen bu malzeme, daha esnek, dirençli ve iletken olması nedeniyle grafenin geliştirilmiş bir versiyonu olarak görülüyor.