Evrim Ağacı
Reklamı Kapat

Grafen Nedir: Malzeme Biliminin Nobel Ödüllü Başarısı!

Grafen Nedir: Malzeme Biliminin Nobel Ödüllü Başarısı! Singularity Hub
Tavsiye Makale
Reklamı Kapat

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

Hepimiz kurşun kalem kullanmışızdır. Her ne kadar ismi "kurşun" kalem olsa da, aslında günümüzdeki kurşun kalemlerin "uçları" kurşundan değil, grafit adı verilen bir kimyasal maddeden yapılmaktadır. Grafit, karbon atomlarının altıgen düzende bir araya gelmesi sonucu oluşan maddeye deniyor. Bu şekildeki karbon, bildiğimiz en kararlı yapıdaki karbon düzenlenmesine sahiptir. Normalde grafit 3 boyutlu katmanlar halinde oluyor, hatta bu nedenle kurşun kalem uçlarını katmanlar halinde parçalamak mümkündür. Peki ya, bu katmanlardan sadece 1 tanesini alsaydık? İşte bunu yapmayı başardığımızda, karşımıza sıradışı bir malzeme çıkıyor: Grafen!

Grafen, grafitin tek katmanlı haline verilen isim. Yine altıgen şeklindeki karbon dizilimine sahip; ancak üç boyutlu yapısı sadece 1 atom yüksekliğinde. Aşağıda bunun neye benzediğini görebilirsiniz:

Grafen: Altıgen Dizilimdeki Karbonlardan Oluşan Tek Katman
Grafen: Altıgen Dizilimdeki Karbonlardan Oluşan Tek Katman
Wikipedia

Bunun çok katmanlı versiyonu olan grafit ise doğada şu şekilde görülmektedir:

Grafit: Altıgen Dizilimdeki Karbonlardan Oluşan Çoklu Katmanlar
Grafit: Altıgen Dizilimdeki Karbonlardan Oluşan Çoklu Katmanlar
Alaska Journal of Commerce

Grafite doğada rastlamamıza rağmen, grafene kolay kolay rastlamak pek kolay değildi. Aslında tek katmanlı bir altıgen dizilimde karbon dizisini bilim insanları uzun süredir "hayal ediyorlardı". Öyle ki, kimi zaman kurşun kalem üretimi sırasında yanlışlıkla grafen de üretiliyordu. 1962 yılında ilk defa elektron mikroskobu altında da incelendi; ancak o yıllarda grafeni izole edip kendi başına incelemek mümkün olmamıştı. Hep diğer metallerin bir parçası olarak gözlenebilmişti.

Nobel Ödüllü Bir Malzeme: Grafen

İşler, 2004 yılında Manchester Üniversitesi'nden Andre Geim ve Konstantin Novoselov'un grafeni adeta "baştan keşfetmesi" ile değişti. İkili, grafeni sadece izole etmekle kalmadı, aynı zamanda bütün karakteristik özelliklerini tanımlamayı başardı. Hem de ne özellikler! Novososelov bunu şöyle anlatıyor:

Dünyamız, bir avuç malzeme tarafından şekillendirilmektedir. Binalarımız, çeliğin gücü tarafından belirlenmektedir. Silikon, bilgisayarlarımızın çalışma prensiplerini dikte etmektedir. Alüminyum, uçaklarımızın neye benzeyeceğini belirlemektedir. Şimdiyse kompozit malzemeler hayatlarımızı iyileştirmeye başladı. Örneğin karbon fiber dayanıklılığında ama plastiklerin esnekliğinde malzemeler üretebiliyoruz. Grafen durumunda ise söz ettiğimiz şu: Kompozit malzemelerin en üst düzey reenkarnasyonu olan, iki boyutlu bir malzeme düşünün. Bunu, doğada bulunmayan üç boyutlu malzemelere dönüştürebiliyoruz ve bu malzemelerin özelliklerini atomik boyutta bile kontrol edebiliyoruz.
Grafenin mikroskop altındaki görüntüsü...
Grafenin mikroskop altındaki görüntüsü...
Wikipedia

Böylesine müthiş bir keşfin bilim camiası tarafından fark edilmemesi mümkün değildi. Gerçekten de, 2010 Nobel Fizik Ödülü, Konstantin Novoselov ile Andre Geim'e "iki boyutluı bir malzeme olan grafen alanındaki deneyleri" nedeniyle verildi.

Grafenin Özellikleri

Grafenin özelliklerini anlamak için şunu anlamak gerekiyor: Sanki tekil bir malzemeden bahsediyormuşuz gibi gelse de, aslında grafen geniş bir malzemeler grubudur. Bunu, "plastikler" gibi düşünün. Plastik dediğimizde hepimizin üç aşağı beş yukarı bir fikri olacaktır; ancak günümüzde yüzlerce farklı plastik bulunmaktadır. Grafen de aynen böyledir!

Grafen, hayal edebileceğiniz en ince malzemelerden birisidir. Bunun nedeni, iki boyutta çok sayıda atomu içermesine rağmen, üçüncü boyutta sadece bir katman karbon içeriyor olmasıdır. Bu sayede, bildiğimiz en üstün yüzey/ağırlık oranına sahip olabilmektedir. Yani birim ağırlığı başına düşen yüzey alanı aşırı yüksektir: Sadece 1 gram grafen ile koskoca bir futbol stadyumunu kaplamanız mümkün olurdu.

Bunların ötesinde grafen, bildiğimiz en güçlü, en sert, en esnetilebilir malzemelerden birisidir. Bunlar, grafenin sahip olduğu tüm özellikler bile değildir! Bu kadar çok "en"i bir arada barındırabilmesi, onun "mucize malzeme" olarak anılmasına bile neden olmuştur.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Grafen, Vaatlerini Yerine Getirdi mi?

Bilimde her yeni keşif ve icadın üç aşaması vardır: Abartı, hayal kırıklığı ve gerçeklenme. Grafen, 2019 yılı itibariyle abartı ve hayal kırıklığı evreleri arasında bir yerlerde bulunmaktadır. Malzeme muhteşem özelliklere sahip olmasına rağmen, halen herhangi bir devrim yaratabilmiş değildir. Andre Geim bunu şöyle izah ediyor:

1908 Nobel Kimya Ödülü'nün Ernest Rutherford'a verilme nedeni, nükleer santralleri icat etmiş olması değildi; atomik fiziğin ne kadar ilginç olduğunu göstermiş olmasıydı.

Dünya çapında 200'den fazla araştırma merkezi grafeni kullanarak yeni ürünler üretme çabası içerisinde. Bugüne kadar grafen ile ilgili on binlerce akademik makale yayınlandı.

Grafen üzerinde çalışmalar yürüten firmalardan birisi Samsung. Samsung tarafından yürütülen ve yaklaşık 50 adımdan oluşan bir grafen kullanım projesi çerçevesinde grafeni mobil uygulamalarda bol miktarda göreceğiz. Örneğin Samsung, her geçen gün esnek dokunmatik ekranlar konusunda ipuçları veriyor ve bu teknolojiyi mümkün kılan malzeme grafen!

IBM de grafeni araştırma projelerine hızla dahil etmiş firmalardan bir diğeri. Firma, grafen kullanarak 7 nanometreden küçük transistörlerin sınırlarını zorlamayı başardı. Üzerinden elektrik geçirilen grafen sayesinde transistör yapımında kullanılan nanomalzemeleri %97 isabetlilikle yerleştirmeyi başarabiliyor.

İsveç'teki Chalmers Üniversitesi'nde teknoloji profesörü Jari Kinaret şöyle diyor:

Grafenin transparan teknolojiler ve hem esnek hem de günümüzdekinden kat kat hızlı elektronik cihazlar alanında devrim yaratmasını bekliyoruz.

MIT'nin Technology Review dergisine konuşan Rice Üniversitesi profesörü James Tour ise şöyle diyor:

Eğer grafen vaadettiklerini teknoloji alanında gerçekleştirirse, iPhone'unuzu rulo yapıp bir kalem gibi kulağınızın arkasında saklamanız mümkün olacak.

Tabii grafenden faydalanması beklenen sektör mobil iletişim değil. Grafen, karbonfiberden 3-4 kat kadar daha güçlü olduğu için otomotiv ve havacılık sektöründe de kullanılması bekleniyor. Grafen, havacılıkta kanatların ana malzemesi haline gelebilir ve karbonfiberin yerini alabilir. Uçaklarda güvenlik ve direnç aşırı önemli olduğu için karbonfiber kullanımı yaygın; ancak otomotivde yaygın olarak görmeme nedenimiz karbonfiberin ucuz enjeksiyon yöntemiyle üretilemiyor olması. Ancak grafen bu şekilde üretilebilir! Bu da onu otomotiv için son derece kıymetli bir malzeme haline getiriyor.

"Mucize", Pratiğe Dökülürse Anlamlı...

Yine de birçok uzman grafenin "mucize malzeme" olarak görülmesine kuşkuyla yaklaşıyor. Örneğin alanda birçok çalışma yürüten IBM'den Dr. Phaedon Avouris, iddia edilenin aksine grafenin elektronik uygulamalarda silikonun yerini alacağını düşünmediğini belirtiyor:

Silikonun aksine grafende bant boşluğu dediğimiz elektronik özellik bulunmuyor. Yani grafen, elektrik geçirgenliğini durduramıyor. Bu da, elektronikteki uygulamalarını dikkate değer miktarda kısıtlıyor. Dolayısıyla grafen ile silikonu apayrı uygulamalar olarak görmek gerek.

Grafeni keşfeden Geim bile bu iddiaları abartılı buluyor: "Silikonun yerini alması bir hayal. Böylesi bir olasılık o kadar uzakta ki, şu anda böyle bir şeyi değerlendirmek bile mümkün değil."

Sorun, grafenin özelliklerinin sadece nano ölçekte gösterilebilmiş olması. Öyle ki, nano ölçekte tespit edilen özellikleri henüz mikro ölçekte gerçekleştirmek bile mümkün olmadı. Dolayısıyla grafenin daha alması gereken çok uzun bir yol bulunuyor.

Bir diğer problem de grafeni seri üretime geçirebilmek... Çünkü üretmeye çalıştığınız tek katmanlı bir malzeme ve bunu hızlı bir şekilde yapabilmek çok zor: hem aşırı malzeme gerekiyor, hem de bu malzemeden grafen üretmek çok masraflı. Bu da grafenin ana akım üretim malzemeleri arasına girmesine engel oluyor.

Grafen, Patentsiz Bir Malzeme!

"Patenti alınmayan müthiş icatlar" dendiğinde akla ilk gelen isim kuşkusuz çocuk felci aşısını patentlemeyip, "Güneşi patentleyebilir misiniz?" diyen Jonas Salk. Ancak grafen gibi müthiş bir keşfin de patentinin kaşifleri tarafından alınmaması sizi şaşırtabilir.

Konstantin Novoselov (solda) ve Andre Geim (sağda)
Konstantin Novoselov (solda) ve Andre Geim (sağda)
Wikipedia

Geim ve Novoselov'un patenti almama nedeni Salk'ınki kadar "asil" bir gerekçeye dayanmıyor. Geim, şöyle anlatıyor:

Bir gün bir konferansta büyük ve uluslararası bir firmayla etkileşme imkanım oldu. Kendilerine grafenden bahsettim ve patentimizi maddi olarak destekleyip destekleyemeyeceklerini sordum; çünkü bir patenti 20 yıl boyunca korumak aşırı masraflı bir iş. Adam suratıma baktı ve şöyle dedi: "Grafenin neler yapabileceğine bakıyoruz. Uzun dönemde faydaları olabilir. Eğer on sene sonra gerçekten vaadettiği kadar işe yarar olduğuna kanaat getirecek olursak, yüzlerce patent avukatına mesai yaptırarak her gün yüzlerce patent yazdıracağız. Siz ise ufak adanızın [İngiltere'den bahsediyor] milli hasılasını bizi dava etmeye çarçur edeceksiniz." Bu kibirli yorum beni düşündürdü. Daha bu evrede grafenin patentini almak, insanların vergilerini boşa harcamak olacaktı. Biz de almadık.
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Umut Verici! 4
  • Tebrikler! 3
  • Bilim Budur! 3
  • Muhteşem! 2
  • Merak Uyandırıcı! 2
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • Güldürdü 1
  • İnanılmaz 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • G. Brumfiel. Andre Geim: In Praise Of Graphene. (16 Ocak 2019). Alındığı Tarih: 16 Ocak 2019. Alındığı Yer: Nature | Arşiv Bağlantısı
  • D. Johnson. Ibm Pushes Beyond 7 Nanometers, Uses Graphene To Place Nanomaterials On Wafers. (08 Ekim 2018). Alındığı Tarih: 16 Ocak 2019. Alındığı Yer: IEEE | Arşiv Bağlantısı
  • P. Plastics. Types Of Plastic: How Many Kinds Of Plastics Are There?. (02 Ağustos 2018). Alındığı Tarih: 16 Ocak 2019. Alındığı Yer: Plastics | Arşiv Bağlantısı
  • N. Subbaraman. Flexible Touch Screen Made With Printed Graphene. (21 Haziran 2010). Alındığı Tarih: 16 Ocak 2019. Alındığı Yer: MIT Technology Review | Arşiv Bağlantısı
  • A. Hudson. Is Graphene A Miracle Material?. (21 Mayıs 2011). Alındığı Tarih: 16 Ocak 2019. Alındığı Yer: BBC | Arşiv Bağlantısı
  • H. de Quetteville. Miracle Material: The Graphene Revolution. (10 Haziran 2013). Alındığı Tarih: 16 Ocak 2019. Alındığı Yer: The Telegraph | Arşiv Bağlantısı
Sıkça Sorulan Sorular

Grafen, grafitin tek katmanlı haline verilen isim. Grafit, karbon atomlarının altıgen düzende bir araya gelmesi sonucu oluşan maddeye deniyor. Grafen de yine altıgen şeklindeki karbon dizilimine sahip; ancak üç boyutlu yapısı sadece 1 atom yüksekliğinde.

Grafen, hayal edebileceğiniz en ince malzemelerden birisidir. Ayrıca grafen, bildiğimiz en güçlü, en sert, en esnetilebilir malzemelerden birisidir.

Hayır. Grafenin mucitleri, grafen patentini korumanın çok masraflı olacağını düşündüklerinden buluşlarını patentlememişlerdir.

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 26/09/2020 21:15:07 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/7568

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Güncel
Karma
Agora
Sinir Hücresi
Albert Einstein
İspat
Çin
Gıda
Fosil
Dünya Dışı Yaşam
Köpek
Sinek
Moleküler Biyoloji
Sosyal Mesafelendirme
Nobel Ödülü
Bağışıklık Sistemi
Hayvan Davranışları
Avrupa
Molekül
Yiyecek
Beslenme Davranışları
Seçilim
Allah
Galaksi
Kelebek
Tedavi
Davranış
Arı
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Reklamı Kapat
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“İnsan, doğası gereği politik bir hayvan türüdür.”
Aristoteles
Geri Bildirim Gönder