Türkçe Bilgi: Grafen

Grafen, karbon atomunun bal peteği örgülü yapılarından bir tanesine verilen isimdir. Periyodik tablodaki en ilginç elementlerden biri Karbon atomudur. Karbonun grafit (kurşun kalem, katı yağlayıcılar vb.) ve elmas gibi gündelik hayattan çok iyi bilinen allotroplarının yanında nanotüp ve fulleren gibi yeni sentezlenen formları da mevcuttur. Özellikle karbon nanotüpler ve C₆₀ (fulleren) molekülleri ilk sentezlendikleri yıllardan günümüze kadar katı hal fiziğini son derece aktif araştırma alanları arasına girmiştir. Bal peteği kristal yapısında, sp² melezleşmesi yapan; grafitin, nanotübün ve C₆₀'ın ana yapıtaşı olan grafen ise ancak 2004 yılında sentezlenebilmiştir. İngilizce'de "Graphite" ve "ene" kelimelerinden türetilen "graphene" terimi türkçede grafen olarak karşılık bulmuştur. 2010 Nobel Fizik Ödülü, "iki-boyutlu grafen malzemesine ilişkin çığır açan deneyleri için" Andre Geim ve Konstantin Novoselov'a verilmiştir. Tanım Karbonun bal peteği örgüsülü yapıları olan grafen, grafit, karbon nanotüp ve fulleren sp² melezleşmesi nin ürünüyken elmas ise sp³ melezleşmesi ve dört-yüzlü ağ örgüsü ile öncekilerden farklı bir kategoride değerlendirilir. Grafen, iki boyutlu planar yapıların çok ender örneklerinden birisidir. Karbon atomları 1s ve 2p orbitallerinin birleşimi ile 120 derece açılı sp² melezleşmesi yaparken boşta kalan p_z orbitalleri de grafen malzemesine sıradışı özellikler kazandırmaktadır. Grafen yapısında karbon-karbon bağ uzaklığı yaklaşık olarak 1.42 Angstrom iken grafen tabakalarının üst üste gelmesi ile meydana gelen grafitte iki grafen tabakası arasındaki mesafe yaklaşık 3,35 Angstrom'dur. Grafendeki güçlü karbon bağları ona yeryüzündeki bilinen en sağlam malzemelerden biri olma özelliğini kazandırmıştır. Bununla birlikte grafitteki grafen katmanlar arasındaki bağlar oldukça zayıftır. Kurşun kalemi kağıda sürtünce bu zayıf bağlar kırılmakta ve kağıda yayılan grafen ve grafit tabakalar yazı izlerini oluşturmaktadır. Karbon nanotüpler, C₆₀ molekülleri ancak yapay yollarla sentezlenebilirken elmas ve grafit doğada serbest olarak bulunabilmektedir. Termodinamiksel hesaplamalara göre karbonun grafit fazı elmastan dahi daha kararlıdır. Fakat bunlara rağmen grafitin tek katmanlı hali olan grafen malzemesin sentezlenmesi 2004 yılına kadar gerçekleşememiştir. Hatta L. D. Landau ve R. Peierls gibi önemli fizikçiler grafen gibi iki boyutlu malzemelerin teorik olarak kararlı olamayacaklarını; bu kararsızlığın düşük sıcaklıklarda bile malzemenin dağılmasına yol açacağını öngörmüşlerdir. Grafenin kararlı yapısının altında yatan sebebin yüzeye dik termal dalgalanmalar olduğu düşünülmektedir. Sentezlenmesi 2004 yılında şaşırtıcı bir şekilde bilimadamları iki boyutlu grafen kristallerini ayırmayı başardılar. Andre Geim, Kostya Novoselov ve proje arkadaşları sıradan bir yapışkan selobantı grafit üzerine tekrar tekrar yapıştırıp kaldırarak tekil grafen katmanını ayırmayı başardılar ve izole ettikleri grafen katmanını basit bir optik mikroskop ile gözlemlediler . Bu olay ilk başlarda pek dikkat çekmedi. Fakat daha sonraları grafende keşfedilen kütlesiz Dirac fermiyonları , anormal kuvantum hall etkisi , oda sıcaklığında balistik taşınma , gibi yeni olgular grafende deneysel olarak gözlendi. Bunlar sonucunda grafene olan ilgi son derece arttı ve artmaya da devam etmekte. Grafen yaygın olarak şu yöntemler ile elde edilmekte: # Kaydırma yöntemi # Epitaksiyel Büyütme # Silisyum-Karbon yöntemi # Kimyasal ayrıştırma yöntemi

Kaydırma Yöntemi

Grafit tabakası bir yüzey üzerine kaydırılarak grafen katmanlarının ayrışması sağlanır. Grafitin selobant ile katmanlarını ayrıştırılması da bu metod içerisinde değerlendirlir. Grafenin ilk kez sentezlenmesi Manchester grubu tarafından bu yöntem kullanılarak gerçekleştrilmiştir

Kimyasal düzenleme

Grafenin çözünebilir parçaları laboratuvar koşullarında grafite bazı kimyasal işlemler uygulanarak elde edilebilir. Öncelikle, mikrokristal yapıdaki grafite güçlü bir Sülfürik asit ve nitrik asit karışımı uygulanır. Ardından uygulanacak olan oksidasyon ve eksfolyasyon işlemleri ile uçlarına karboksil grupları bağlanmış grafen tabakaları elde edilir. Thinoil klorid kullanılarak bu yapılar asit klorid gruplarına çevrilir. Sonrasında oktadesilamin ile bu yapılar da grafen amidlere çevrilir. Oluşan 5.3 Angstrom kalınlığındaki dairesel grafen katmanları tetrahidrofuran, tetraklorometan ve dikloroetan tarafından çözülebilir.

Grafen optik modülatör

Grafenin Fermi seviyesi ayarlandığı zaman, optiksel soğurma özelliği de değişebilir. 2011 yılında Kaliforniya Berkeley Üniversite'sindeki araştırmacılar, ilk grafen tabanlı optiksel modülatörü bildirdiler. Herhangi bir sıcaklık kontrolcüsü olmaksızın 1,2 GHz seviyesinde çalışmaktadır ve bu modülatörün geniş bir bant aralığı (1.3 μm den 1.6 μm ye kadar) vardır .

Özellikler

Elektron taşıma

Elektronlar Fermi-Dirac istatistiğiyle betimlenen parçacıklardır ve katı hal fiziğinin sınırları içerisinde genellikle göreceli olmayan parçacıklar kategorisinde değerlendirilirler. Zira elektronun katı haldeki madde içerisindeki hızları ışık hızından oldukça düşüktür ve göreceli olmayan parçacık denklemi (Schrödinger denklemi) elektronların katılardaki davranışlarını oldukça iyi bir şeklide izah eder. Fakat grafen için durum oldukça farklıdır. Grafendeki elektronların hızları da ışık hızına göre oldukça küçüktür, ancak Schrödinger denklemi yerine ışık hızına sahip fermiyonları betimleyen Dirac denklemine uyarlar. Grafen elektronları için yazılan denklemle gerçekten göreceli parçacıklar için yazılan denklem arasındaki tek fark denklemdeki ışık hızının değeridir. Ayrıca grafendeki elektronların etkin kütleleri sıfırdır. Bu yüzden grafen elektronlarına kütlesiz Dirac fermiyonları da denmektedir. Temel denklemdeki bu farklılık kuvantum taşınım probleminde kendini gösterir. Klein paradoksu olarak adlandırılan, olağandışı tünelleme olayı grafende gözlenmiştir.

Kaynaklar

Vikipedi

Grafen

Kaydırma Yöntemi

Kimyasal düzenleme

Grafen optik modülatör

Özellikler

Elektron taşıma

Kaynaklar

Kaynaklar

Grafen

Karbon nanotüp

Makromolekül

Konstantin Novoselov

Harf

Ligatür

Ortografi

Dilbilim

Grafen

Grafen Hakkında Detaylı Bilgi

Kaydırma Yöntemi

Kimyasal düzenleme

Grafen optik modülatör

Özellikler

Elektron taşıma

Kaynaklar

Kaynaklar

Grafen Sözlük Anlamları

Grafen

Görüşler ve Yorumlar

Okuma Önerileri

Karbon nanotüp

Makromolekül

Konstantin Novoselov

Harf

Ligatür

Ortografi

Dilbilim