Geleceğin teknolojisi tek bir malzemeye bağlı olabilir. Grafen malzemesi, bilinen en sağlam en ince ve en yumuşak malzeme olarak endüstrinin dikkatini çekmekte. Bal peteği şeklinde yerleşmiş karbon atomlarından oluşan ve 2004 yılında sentezlenen grafen; cihazlarımızın görünüşünü, hissedilişini, çalışmasını değiştirecek ve hatta vücudumuzla iletişime geçmesiyle de hayatımızda devrim oluşturacak bir malzeme.
Gerek optik, gerek elektronik, gerek geçirgenlik gibi birçok özelliği ile hayranlık uyandırmakta. Her açıdan umut verici bu müthiş malzeme, elektronik dünyasına silikon yerine sunulan büyük bir alternatif olacak. Grafenin etkileyici özellikleri ve kullanım alanları saymakla bitecek gibi olmasa da dünya teknolojisini nasıl etkileyeceği hakkında bir fikir vermesi açısından on maddeyle grafenden bahsediyoruz:
Çelikten daha sağlam: Grafen sadece bir atom kalınlığında olsa da çelikten 200 kat daha sağlam. Amerikan Kimya Derneği’ne göre grafen bu sağlamlığını karbon atomlarının iki boyutlu düzenlenmesine borçlu.
Plastik kadar esnek: Kolombiya Üniversitesi araştırmacılarının The New York Times’a yaptıkları açıklamada; grafenin yüzde 20 oranında esneyebildiğini belirttiler. Günümüzde birçok kurum grafen transistörleri (esnek ekran üretimini kolaylaşması sebebiyle) diğer elektronik cihazlarla beraber giyilebilir cihazlarda da denemekte.
Suya ve gaza dayanıklı: Grafenin suya dayanıklı olması yeni nesil suya dayanıklı cihazların (günümüzdeki su izolasyonu kavramına gerek kalmadan) kolayca üretilmesini sağlayacak. Gaz geçirmez özelliği ise gazların ayrıştırılması gibi alanlarda kullanılabilmesini sağlayan bir özellik.
Isı ve elektrik iletken: Grafen ısı ve elektriği çok verimli şekilde iletebilmekte. Dolayısıyla bir çok elektronik, biyoelektronik ortamda kullanılabilecek.
Olabilecek en hafif en ince cihaz: Hem ince hem şeffaf olan bu materyal kağıt inceliğinde akıllı telefonları ve nice elektronik cihazı olası kılıyor.
İnanılmaz pil ömrü ve ses sistemleri: Grafen sadece cihazların nasıl göründüğünü değil aynı zamanda ne kadar süre kullanılabildiğini de etkiliyor. Northwestern Üniversitesi araştırmacıları grafen ve silikondan oluşan bir pil üzerinde çalıştılar ve 15 dakikalık bir şarjın bir hafta kullanılabildiğini gördüler. Yani grafenle sürekli şarj cihazı arama devri de sona ereceğe benziyor.
Bu materyalin ses sistemlerini de alt üst edeceği iddialar arasında; yapılan basit prototipler bile bunun ilk sinyalini, alınan frekans tepki eğrileriyle veriyor.
Vücudunuzla iletişime geçebilen: Manchester Üniversitesinden Dr. Vijayaraghavan’a göre; grafenin vücutla iletişime geçebilme potansiyeli mevcut. Günümüz fitness takip teknolojilerinin çok daha ilerlemiş halini grafen ile göreceğimizi belirten Times dergisi; grafen sensörler, sinir sitemini tarayabilir ya da hücrelerinizle konuşabilir diye de ekliyor. Grafenin biyomekanik ve biyoelektronik alanlarda da çığır açacağı bekleniyor.
Giyilebilir teknolojilerde de çığır açılacak gibi
Michigan Üniversitesindeki bir araştırma grubu tarafından yapılan çalışmadaysa grafen ile aşırı ince malzemeler üretilebileceği ve giyilebilir teknolojilerde de çığır açılacağı gösterilmekte. Mesela lenslere termal görüş sağlaması gibi küçük ama etkileyici hamleleri olası kılacak.
Ekoloji dostu: 2010 yılında ACS Nano dergisinde yayınlanan iki makale grafen yaşam süreci anlatılıyor. Grafen ve Grafen oksidin (GO) nasıl elde edileceği üzerine birçok teori olsa da içlerinden biri toksik gaz çıkarılmadan bunun nasıl yapılacağını anlatıyor. Rice Üniversitesi’nden Kimyacı James Tour “Birçok şirket grafen ve grafen oksit üretimine başladı ve inanıyorum ki verimli güvenli ve ekoloji dostu bir yolla elde etmeleri için üzerlerinde yoğun bir baskı olacaktır” diyor.
Bir başka çalışmada ise grafenin doğada çözülebildiğine değiniliyor. Araştırma neredeyse her yerde bulunan, Shewanella bakterisinin grafen oksidi grafene parçalayabildiğini ve bir grup grafenin tek atomlu karbon katmanlarından oluşan grafiti oluşturduğunu ve grafitin de ekolojik olarak tehlikesiz olduğunu gösteriyor.
Elektrik üretiminde çığır açan (yakıt pillerinde ve yeni nesil jeneratörlerde): Grafen araştırmaları ile 2010 yılı Nobel ödüllü Manchester Üniversitesindeki araştırmacılar Andre Geim ve arkadaşları, grafen tabanlı yarı geçirgen zarın atmosferdeki hidrojen gazını “süzmesi” ve elektrik üretilmesi için kullanılabileceğini söylediler. Ekip Reuters haber ajansına “Bu ultra ince ve ultra dayanıklı malzemenin yakıt pili teknolojisinde temiz enerji kaynakları üretmede yeni kapılar açacağını” da bildirdi.
Grafen normalde en küçük atomları bile geçirmese de araştırmacılar protonların ya da elektronlarından ayrılmış hidrojen atomlarının bu malzemeden geçebildiğini göstermiş (özellikle de grafen zar platinyum nano parçacıklarla kaplandığında ve grafen ısıtıldığında katalizör olarak davrandığında). Yani grafen bu “süzme” özelliğiyle yakıt pili teknolojisinin ana ögesi olan proton-geçirici zarlarda kullanılabilir. Grafen sızdırmaz bir malzeme olduğundan diğer alternatiflerine verimi iyileştirme açısından üstünlük sağlamakta.
Çalışmanın belki de en can alıcı yeri ise grafen tabanlı yarı geçirgen zarların hidrojeni atmosferden direk alabilmesi. Bu teknoloji yakıt pilleri ile birleştirildiğinde havadaki az miktardaki hidrojen ile mobil elektrik jeneratörleri üretmek mümkün olacak. Yani atmosferden alınan hava elektrik olarak kullanılabilecek. Ekip, çalışmalarının bu tür cihazların olası olduğunu gösterdiğini ifade ediyor.
İki teori
Işığı harekete çevirebilen: New Scientist’in raporuna göre “Grafenin saymakla bitmeyen inanılmaz özelliklerinden biri de ışığı harekete çevirebilmesi.” Grafenin bu özelliği kazara bulundu: Araştırmacılar lazerle grafen oksitten yapılmış bir süngeri keserken, süngerin hareket ettiğini fark etmişler. Şaşıran araştırmacılar deneyi vakumlu ortamda tekrarlamışlar ve bu sefer de 40 cm kadar hareket eden sünger sonucuyla karşılaşmışlar. Ardından mercekle güneş ışığını sünger üzerinde odaklayarak denemişler ve yine aynı sonucu almışlar. Araştırmacılar sebebi tam olarak açıklayamasalar da ışığın grafenle harekete dönüştüğünü tespit etmişler ve bu konuda iki teori geliştirmişler:
Malzemenin güneş yelkenlisi gibi davranması: Fotonların momentumu bir nesneye aktardıkları ve ileri doğru hareket ettirdiği ve vakumlu uzayda bu etkinin çok daha kuvvetli olacağı, hatta bir uzay gemisini hareket ettirebilecek kadar itiş yapabileceği teorisi. Bu teori test edildiğinde sonuçlar beklenildiğinden fazlasıyla iyi çıkınca ekip, Grafenin lazer enerjisini emdiği ve elektronları şarj ettiği olasılığına odaklanmış: Sonuçta, fazla elektronların bırakıldığı ve bunun grafen malzemeye ters yönde bir itici etki yaptığı teorisine. Teori halen tamamlanmamış olsa da bilim insanları lazere maruz kalan grafenden bir akım çıktığını tespit etmişler. Bu doğrultuda da teorinin doğru yolda olduğu düşünülmekte.
Yakıta bir alternatif mi?
Sebebi tümüyle açıklanmış olmasa da araştırmacılar kazara uzay gemileri için yakıt gerektirmeyen ileri itiş sistemi buldular. Grafenden yapılmış bir uzay gemisi uzayda güneş enerjisinden başka hiçbir şey kullanmadan ilerleyebilecek. Bilim insanları bu konuda daha fazla çalışmaya ihtiyaç duysa da şu ana kadar alınan sonuçlar yakıta güzel bir alternatif bulunmuş olduğu doğrultusunda.
Ekoloji dostu bu malzemenin şaşırtıcı optik, mekanik, elektronik, termal ve kimyasal özelliklerinin sunduğu avantajlarının yanı sıra en ucuz malzemelerden biri olması da bilim insanlarını ve teknoloji meraklılarını heyecanlandırıyor. Bu muhteşem malzeme ile yapılabilecekler konusunda bilim insanlarının ve bilim meraklılarının hayal güçleri yarışa dursun, bilinenen elektronik firmalar üniversitelerle birlikte tüm hızıyla bu malzemeyi ve kullanım alanlarını araştırmakta. Grafen’in günlük yaşama girdiği günleri görmek için sabırsızlananlar için iyi haber: Çalışmalar göreceli olarak yeni olsa da günümüzde bu konuda yayınlanan makale sayısı binleri geçiyor ve bu sayı hızla artıyor.
Kaynak: Laptop Mag, Zdnet, Laboratory Equipment, MNN, RSC
