Grafen – dünyayı değiştirebilecek olan bir malzeme

Dünya genelinde bilim insanları esnek, çelikten yüzlerce kat daha güçlü ve sadece bir atom kalınlığında yeni malzeme üretme ve kullanma yöntemleri aramak için yarışmaktadır. Başarılı olurlarsa grafen plastik ve hatta demirin kullanımının dünyayı değiştirdiği şekilde dünyamızı değiştirebilir

Grafen hatırlanacak bir kelime

On yıldan daha kısa bir süredir var olan bir malzeme ilk keşfedildiğinde plastiğin sunduğu yenilikleri sunmaktadır veya yeni medeniyetler kurmak için kullanılan metal olarak bronzun yerine geçen demirin değişim gücüne sahiptir.

Grafen çok kısa bir süre önce 2004 yılında keşfedildi ve onu bulan bilim insanları 2010 yılında Nobel Fizik ödülünü aldı. Nano-malzeme, muhteşem özellikleri sayesinde dünya çapında bilim insanlarının, girişimcilerin ve yüksek teknoloji şirketlerinin tutkusu haline geldi.

Peki grafen nedir?

Temelde sadece bir atom kalınlığında bir karbon tabakasıdır. 3 milyon tabakasından oluşan bir yığının yaklaşık 1 mm kalınlığında olduğu hesaplanmaktadır. Elastik ve esnek olmasına rağmen çok serttir ve çelikten yüzlerce kat daha güçlüdür. Elektriği çok iyi iletir ve ergime noktası 3.000 derecenin üzerindedir.

Üretim endüstrileri bugün titanyum alaşımları, tek kristalli malzemeler ve karbon fiberler gibi yüksek zorluktaki malzemeler ile çalışmaktadır. Bu malzemeler daha yüksek ısı direnci, esneklik ve diğer özellikler için sürekli geliştirilmektedir. Eğer grafen ilk sunduklarını gerçekleştirebilirse bu özelliklerin araştırılması konusunu önemli ölçüde ilerletecektir. Çok daha hafif, ince ve güçlü konstrüksiyonların yolunu açacaktır ve süper hafif uçaklardan, desalinasyon tesislerine ve hiper hızlı bilgisayarlara kadar her yerde potansiyel olarak kullanılabilirler.

Pazarda grafen

Şu ana kadar malzemenin araştırma miktarları dışında üretimi çok pahalıydı ve herhangi bir ticari ürün piyasaya sunulmadı. Ancak dünya genelinde şirketler ve ülkeler araştırma alanında yüzlerce milyon dolar harcamaktadır. Avrupa Komisyonu grafeni özel bir proje olarak değerlendirmiştir ve Avrupa'daki 17 ülkede bulunan önde gelen araştırma kurumları ve büyük işletmelerde araştırma ve geliştirmeyi on yıl boyunca desteklemek için 1 milyar dolardan daha fazla hibe ayırmıştır. (http://www.graphene-flagship.eu)

Zaman alan uygulama

Yeni malzemelerin seri imalata alınması onlarca yıl sürebilir. Örneğin karbon fiberin keşfedilmesi elli yıl öncesine dayanmaktadır. Rolls-Royce 1960'lı yıllarda uçak motorunun kompresör bıçaklarında karbon fiberi kullanmaya çalışmıştır, ancak bıçakların kuş çarpmasına karşı çok hassas olduğu ortaya çıkmıştır ve şirketin planları sekteye uğramıştır..

Olası ilk ticari grafen ürünlerinin 2015 yılında piyasaya sunulması beklenmektedir. Bunlar pazarda ilk olmak için uğraşan IBM, Nokia ve Samsung şirketlerinin elektronik cihazları olabilir. Başarılı olurlarsa pazardaki önemli bir keşfin istisnai bir hızda pazara sunulması örneği olacaktır.

Tok Malzemeler:

Titanyum alaşımları titanyum ve diğer kimyasal maddelerin bir karışımıdır. Güçlü ve hafiftirler ve paslanma ve yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklıdırlar. Üretimleri pahalıdır ve bu da kullanımı sınırlandırmaktadır. Uçak, spor araç ve askeri uygulamalarda bulunmaktadırlar ve diş hekimliği ile ortopedik implantlarda da kullanılmaktadırlar.

Tek kristalli malzemeler tanecik sınırları olmadan sürekli ve kırılmamış bir kristal yapıya sahiptirler. Bozuklukların bulunmaması bunlara benzersiz özellikler sağlar. Yarı iletkenlerin üretiminde ve türbin bıçakları gibi düşük termal kaymaya sahip yüksek mukavemetli malzemelerin lazer görünümlerinde kullanılır.

Isıya dayanıklı süper alaşımlar veya HRSA genel olarak nikel, kobalt veya nikel-demir bazlıdır. Güçlü ve kaymaya karşı dayanıklıdırlar, yüksek yüzey stabilitesine sahiplerdir ve paslanma ile oksidasyona karşı dayanıklıdırlar. Ayrıca işlenmesi çok zor malzemelerdir ve kompresörler, yanma sistemleri ve türbin dahil olmak üzere uçakların birçok parçasında kullanılmaktadır.

Grafen, burada bahsedilen malzemelerin en incesi, en güçlüsü ve ısıya karşı en dayanıklı olanıdır, ancak halen laboratuvar aşamasındadır. Bir atom kalınlığında düz karbon tabakalarından oluşan bir şekle sahiptir. Atomlar petek yapısında düzenlenmiştir. Tüm endüstriler bu malzemenin ürünlerin performansını radikal bir şekilde iyileştirmesini beklemektedir.