Gelecegi Degistirecek Bir Malzeme: Grafen - IRCRehberi.Net- Türkiyenin En iyi IRC ve Genel Forum Sitesi

CeReN · 27 Ağustos 2020, 09:20

Grafen, altigen bir bal petegi kafesine sIkica baglanmis tek bir karbon atomu tabakasidir (tek tabaka). Molekuler bag uzunlugu 0.142 nanometre olan sp2-bagli atomlardan olusan bir duzlem seklindeki bir karbon allotropudur. Ust uste yigilmis grafen katmanlari, 0.335 nanometre duzlemler arasi araliklarla grafiti olusturur. Grafit icindeki ayri grafen katmanlari, grafenin grafitten pul pul dokulmesi sirasinda ustesinden gelinebilecek van der Waals kuvvetleri tarafindan bir arada tutulur.
Grafen, bir atom kalinliginda insanoglunun bildigi en ince bilesIktir, bilinen en hafif malzeme (1 metrekare yaklasIk 0.77 miligram), kesfedilen en guclu bilesIk (130 GPa’lik bir gerilme mukavemeti ve a Young modulu 1 TPa – 150.000.000 psi ), oda sicakliginda en iyi isi iletkeni (4.84 ± 0.44) × 10 ^ 3 ila (5.30 ± 0.48) × 10 ^ 3 W • m 1 • K 1) ve ayni zamanda bilinen en iyi elektrik iletkeni (calismalar 200.000 cm2’den fazla V 1 • s 1 degerlerinde elektron hareketliligi gostermistir ). Grafende diger dikkate deger ozellikleri, onun olan tayfin gorunur ve yakin kizilotesi parca uzerinde acik duzgun emme ve spin tasimasinda kullanim icin potansiyel uygunlugudur.
Bunu akilda tutarak, karbonun hidrojen, helyum ve oksijenden sonra insan vucudunda en cok bulunan ikinci ve evrende (kutlece) dorduncu en bol bulunan element oldugunu bilmek sasirtici olabilir. Bu, karbonu dunyadaki bilinen tum yasamin kimyasal temeli haline getirir ve grafeni neredeyse sinirsiz sayida uygulama icin potansiyel olarak cevre dostu ve surdurulebilir bir cozum haline getirir. Grafenin kesfinden (veya daha dogrusu mekanik olarak elde edilmesinden) bu yana, farkli bilimsel disiplinlerdeki uygulamalar cikmis ve ozellikle yuksek frekansli elektronik, biyo, kimyasal ve manyetik sensorler, ultra genis bant genisligine sahip fotodedektorlerde buyuk kazanimlar elde edilmistir.

Grafen Uretimi Zorluklari
Baslangicta, genis alanli grafen yapmanin tek yontemi, Platin, Nikel veya Titanyum Karburu etilene veya etilene maruz birakarak grafeni tek katman olarak buyutmek icin toksIk kimyasallarin kullanilmasini iceren cok pahali ve karmasIk bir islemdi (kimyasal buhar biriktirme, CVD). Metalik bir substrat disinda herhangi bir sey uzerinde kristalin epitaksi kullanmanin hicbir alternatifi yoktu. Bu uretim sorunlari, grafeni baslangicta gelistirme arastirmalari ve ticari kullanimlar icin kullanilamaz hale getirmistir. Ayrica, elektronikte CVD grafeni kullanmak, grafen katmanlarini grafene zarar vermeden metalik substrattan cikarmanin zorlugu nedeniyle engellenmistir.
Bununla birlikte, 2012’deki calismalar, grafenin ara yuzey yapiskan enerjisini analiz ederek, grafeni uzerinde buyudugu metalik levhadan etkili bir sekilde ayirmanin mumkun oldugunu ve ayni zamanda tahtayi gelecekteki uygulamalar icin teorik olarak sonsuz sayida yeniden kullanmanin mumkun oldugunu bulmustur. Bu nedenle bu surecte daha once olusturulan toksIk atigi azaltmak gerekir. Ayrica, bu yontem kullanilarak ayristirilan grafenin kalitesi, molekuler elektronik cihazlar olusturmaya yetecek kadar yuksektir.
Buyuyen CVD grafeni uzerine yapilan arastirmalar, o zamandan beri sicrayislarla ilerlemis ve grafenin kalitesini teknolojik benimsemede bir sorun haline getirmistir. Ve su anda altta yatan metal substratin maliyeti tarafindan yonetilmektedir. Bununla birlikte, grafen katmanlarinin sayisini ve goreceli kristalografik yonelimlerini kontrol ederken dalgalanmalar, katkilama seviyeleri ve alan boyutu gibi safsizliklar uzerinde kontrol ile ozel yuzeyler uzerinde surekli olarak grafen uretmek icin arastirmalar yurutulmektedir.

Grafen Uzerine Yapilan Calismalar ve Arastirmalar
Grafen arastirmalarini endustriyel uygulamalara yonlendirmek, milyar avroluk AB projesi Graphene Flagship gibi esgudumlu cabalar gerektirmektedir. Birkac yil suren ilk asamadan sonra, Flagship arastirmacilari rafine bir grafen uygulamalari yol haritasi uretmistir. En umut verici uygulama alanlarini belirleyen kompozitler, enerji, telekomunikasyon, elektronik, sensorler ve goruntuleme ve biyomedikal teknolojilerdir.
Grafen disina superkapasitorlerin olusturmak muhtemelen uzun zamandir elektronik muhendisliginde buyuk adim olacaktir. Elektronik bilesenlerin gelisimi son 20 yilda cok yuksek bir hizla ilerlerken, piller ve kapasitorler gibi guc depolama cozumleri boyut, guc kapasitesi ve verimlilik nedeniyle birincil sinirlayici faktor olmustur (cogu pil turu cok verimsizdir) ve kapasitorler daha da azdir. Ornegin lityum iyon piller, enerji yogunlugu ve guc yogunlugu arasinda bir degis tokusla karsi karsiyadir.
Gerceklestirilen ilk testlerde, lazerle cizilmis grafen (LSG) superkapasitorleri, gunumuzde kullanilan yuksek guclu lityum iyon pillerle karsilastirilabilir guc yogunlugu gostermistir. Sadece bu degil, ayni zamanda LSG superkapasitorleri de oldukca esnek, hafif, hizli sarj, ince ve daha once belirtildigi gibi uretimi cok ucuzdur. Sahip olunan malzeme ve bilgi ile elde edebileceklerin olanaklari sonuna kadar acik hale getirilmistir.
Grafen, yalnizca pillerin kapasitesini ve sarj oranini degil, ayni zamanda uzun omurlulugu de artirmak icin kullanilmaktadir. Su anda, lityum gibi malzemeler buyuk miktarlarda enerji depolayabilirken, bu potansiyel miktar elektrot asinmasi nedeniyle her sarj veya yeniden sarjda azalmaktadir. Ornegin, lityum iyon pillerde bir anot olarak grafen kalay oksitle, piller sarjlar arasinda cok daha uzun sure dayanmaktadir(potansiyel kapasite 10 kat artmistir) Ve sarjlar arasinda depolama kapasitesinde neredeyse hic azalma olmadan, elektronik olarak calistirilan gibi teknolojiyi etkin bir sekilde yapar. Bu araclar gelecekte cok daha uygun bir nakliye cozumudur. Bu, pillerin (veya kapasitorlerin) daha once gerceklestirilenden cok daha uzun sure dayanacak ve daha yuksek kapasitelerde gelistirilebilecegi anlamina gelir. Ayrica elektronik cihazlarin saniyeler icinde sarj olabilecegi anlamina gelmektedir.
Grafen Amiral Gemisindeki arastirmacilar, grafenin enerji uretimini iyilestirmek icin kullanilabilecegi yollari arastirilmaktadir, buna perovskit gunes pillerinin (PSC’ler) iyilestirilmesi, cok yuksek verimlilikle son derece umut verici yeni nesil gunes enerjisi kaynaklari dahildir. Amiral gemisi arastirmacilari, PSC’lerin uretim maliyetini dusururken, PSC’lerin omrunu ve performansini iyilestirmede mukemmel ilerleme kaydetmistir. Bir PSC’ye indirgenmis bir grafen oksit ayirici katmanin eklenmesi,% 20 verimlilikle dusuk maliyetli PSC uretimi ile sonuclanmistir. Ve 1000 saatlik calismadan sonra % 95’e kadar tutulmustur. Onumuzdeki donem icin bir pilot uretim hatti ve 1 kW’lik bir grafen-perovskit gunes enerjisi ciftligi arastirma asamasindadir.
Grafenin enerji depolamada kullanimi en cok grafenin gelismis elektrotlarda kullanilmasiyla arastirilir. Grafen ve silikon nanopartikullerin birlestirilmesi, enerji kapasitelerinin % 92’sini 300 sarj-desarj dongusunde koruyan ve gram silikon basina 1500 mAh’lik yuksek bir maksimum kapasite ile sonuclanmistir. Elde edilen enerji yogunlugu degerleri 400 W/kg’in oldukca uzerindedir. Bir sonraki Amiral Gemisi asamasinda, bir Spearhead projesi, silikon grafen bazli bir lityum iyon pilin sanayi oncesi uretimine odaklanacaktir. Ayrica, grafen icin sprey kaplama biriktirme araci gelistirilerek, ornegin cok yuksek guc yogunluklarina sahip super kapasitorler uretmek icin kullanilan ince grafen filmlerinin buyuk olcekli uretimine olanak saglamistir.
[grafen2]Grafen icin daha once bahsedilenlere benzer cizgilerdeki bir baska kullanim da boyadakidir. Grafen oldukca inerttir. Bu nedenle oksijen ve su difuzyonu arasinda bir korozyon bariyeri gorevi gorebilir. Bu, grafen herhangi bir metal yuzeye (dogru kosullar verildiginde) yetistirilebilecegi icin gelecekteki araclarin korozyona dayanikli hale getirilebilecegi anlamina gelebilir. Mukavemeti nedeniyle, grafen su anda koruyucu giysilerde Kevlar icin potansiyel bir ikame olarak gelistiriliyor ve sonunda arac imalatinda gorulebilecek ve muhtemelen bir yapi malzemesi olarak kullanilacaktir.
Grafen, uzun suredir radyo frekansi (RF) esnek elektronikler icin ideal bir aday kanal malzemesi olarak kabul edilmektedir. Radyo frekansi ve hatta terahertz uygulamalari, 2,45 GHz’e kadar sinyaller icin kanitlanmis bir mikrodalga alicisi, esnek bir THz dedektoru ve hiperbolik fonon sogutma kullanan grafen tabanli nanoelektronik cihazlarin verimli bir sekilde sogutulmasinin bir gosterimi ile surekli olarak ileri itilmektedir. Grafenin esnek yapisi, esnek alt tabakalar uzerinde cesitli elektronik cihazlara izin verir, ornegin esnek, tamamen kati hal grafen bazli superkapasitorler, giyilebilir dokunmatik paneller, gerinim sensorleri ve kendi kendine calisan triboelektrik sensorler, hepsi yakin zamanda uygulamalarla birlikte gosterilmistir. Mobil cihazlar ve kol saatleri gibi esnek, saglam dokunmatik ekranli cihazlar gibi alanlarla ilgili kullanimi ise calisma asamasindadir.
Bu kisa vadeli uygulamalarin otesinde, katlanabilir televizyonlar, telefonlar ve sonunda kablosuz veri aktarimi yoluyla guncellenebilen ilgili yayinlari iceren elektronik esnek gazeteler beklenebilir. Grafenin son derece seffaf olmasi, evlerde (potansiyel olarak) sanal perdeler veya icerik goruntuleme ozelligi olan akilli (ve son derece dayanikli) pencerelerin bir bileseni olmasi beklenmektedir.
Optik iletisim, internet caginin bel kemigini olusturmakta ve gelisen 5G aglari icin de esit derecede onemli olmasi beklenmektedir. Modern iletisimler, bilgiyi isIk hizinda ucuran optik baglantilara ve bu isIk huzmeleri uzerine cok sayida bilgiyi kodlayabilen fotodetektorler ve modulatorler gibi devrelere dayanmaktadir. Optik yongalar uzerindeki fotonik dalga kilavuzlari icin tercih edilen malzeme silikon olmasina ragmen, fotodetektorler GaAs, InP veya GaN gibi diger yari iletkenlerden yapilir. Cunku silikon standart telekom dalga boylarinda seffaftir. Bu diger yari iletkenleri silikonla entegre etmek zordur, imalat sureclerini karmasIklastirir ve masraflari artirir. Ayrica, fotonik cihazlar daha fazla guc kullanirken kuculmeye devam ettigi icin termal yonetim bir sorun haline getirmektedir.
Grafen, standart telekomunikasyon dalga boylari da dahil olmak uzere buyuk bir bant genisligi uzerinden isigi emdigi icin, telekomunikasyon fotodedektorleri icin umut verici bir malzemedir. Ayrica CMOS teknolojisi ile de uyumludur, yani teknolojik olarak silikon fotonik ile entegre edilebilir. Ayrica grafen, grafen bazli fotonik cihazlarin isi tuketiminde bir azalma vaat eden mukemmel bir isi iletkenidir. Bu nedenlerden dolayi, optik iletisim icin grafen yogun bir arastirma alani olmustur ve su anda tam calisan prototiplerde meyve vermeye baslamistir.
2016’da grafen fotodedektorlerin bant genisligi, potansiyel bit hizlari ~ 90 Gbit s -1 olan grafen/silikon pn baglantilarini kullanarak 65 GHz’e ulasmistir. Daha 2017 yilinda, 75 GHz’yi asan bant genisligine sahip grafen fotodetektorler 6 wafer proses hattinda uretilmistir. Bu rekor kiran cihazlar, ziyaretcilerin kanal basina 25 Gbit s -1 veri hizinda calisan dunyanin ilk tamamen grafen optik iletisim baglantisini deneyimleyebilecegi 2018’de Barselona’daki Mobil Dunya Kongresi’nde sergilenmistir. Bu sunumda, tum aktif elektro-optik islemler grafen cihazlari uzerinde gerceklestirilmistir. Bir grafen modulatoru, elektronik bir veri akisini bir optik sinyale kodlayarak, agin verici tarafindaki verileri islemistir. Alici tarafinda, bir grafen fotodedektor optik modulasyonu bir elektronik sinyale donusturerek bunun tersini yapmistir. Cihazlar Graphenea CVD grafen ile yapildi ve Grafen Pavyonu’nda sergilenmistir.
Kimyasal buhar biriktirme (CVD) ile uretilen grafen, gelecekteki grafen bazli kimyasal, biyolojik ve diger sensor turlerinin temel tasini olusturacaktir. Malzemenin 2D yapisi, tum malzeme hacmi bir algilama yuzeyi gorevi gordugunden, algilama uygulamalari icin kendine ozgu avantajlar saglar. Ayrica grafen, kalabalik sensor pazarinda rekabet etmek icin gerekli olan mukemmel mekanik mukavemet, termal ve elektriksel iletkenlik, kompaktlik ve potansiyel olarak dusuk maliyet saglar.
Grafen bazli gaz/buhar sensorleri, cesitli yapilari, benzersiz algilama performansi, oda sicakliginda calisma kosullari ve muazzam uygulama olanaklari nedeniyle son yillarda cok ilgi cekmistir. Su buharinin yani sira grafen NH 3, NO 2, H 2, CO, SO 2, H 2 S gibi gazlarin yani sira ucucu organik bilesIklerin buharini algilamak icin kullanilmis ve bilimsel yayin sayilarinda carpici bir artisa neden olmustur. Bu konuda. Grafen ayrica, mililitre sivi basina 10 pikogram kadar dusuk konsantrasyonlarda opioid izlerini tespit etmek icin de kullanilmistir .
Bu cok sayida elverisli ozellik, biyoalgilama icin grafen kullanimina iliskin genis bir arastirma yelpazesine yol acmistir. Ozellikle ilginc konfigurasyonlar grafen alan etkili transistorler (GFET’ler) ve grafen gelistirilmis olan yuzey plazmon rezonansidir (SPR). Bu tip grafen sensorleri DNA, protein, glikoz ve bakteri tespiti icin kullanilmistir. GFET kullanilarak opioid molekulleri icin saptama limiti 10 pg/mL olan biyosensorler uretilmistir.

Grafen Pazar Payi
Grafen ayrica yeni, esnek manyetik alan sensorleri icin olanak saglayan bir teknolojidir. Manyetik alan sensorleri pazari, 2022’de 4,16 milyar ABD dolarina kadar cikan boyut tahminleriyle genisleyen bir pazardir . Konum algilama, akim izleme, hiz algilama ve acisal algilama gibi manyetik alan sensorlerinin birden cok amaci, otomotiv, tuketici elektronigi, saglik ve savunma gibi cok cesitli endustrilere erisim saglamaktadir. En yaygin manyetik sensor tipi, bir manyetik alan uygulandiginda bir elektrik iletkeni boyunca bir potansiyel farkin uretilmesi olan Hall etkisini kullanir.
Hall etkisi sensorlerinin hassasiyetini belirlemede anahtar faktor yuksek elektron hareketliligidir. Bu sekilde, grafin olculen tasiyici hareket ile bu uygulama icin son derece ilginc bir madde olan fazla 200.000 cm 2 V -1 s -1 . 5700 V/AT’ye kadar akima bagli hassasiyet ve 3 V / VT’ye kadar voltajla ilgili hassasiyete sahip Grafen Hall sensorleri, bor nitrur icinde kapsullenmis grafende gosterilmistir. Bu tur bir performans, 50 nT/ Hz kadar dusuk bir manyetik cozunurlukle son teknoloji silikon ve III/V Halls sensorlerini geride birakir. Grafen Salonlari cihazlarinin endustri standardi gofretler uzerindeki duyarliligi icin mevcut pratik sinir ~ 3000 V/AT civarindadir. Karsilastirma icin, geleneksel CMOS uyumlu malzemelerden uretilen son teknoloji Hall sensorleri ~ 100 V/AT duzeyinde hassasiyete sahiptir. Kapton bant uzerinde uretilen esnek grafen Hall sensorleri bile sert silikon Hall sensorlerine benzer hassasiyetlere ulasir.
Yukarida bahsedilen potansiyel kullanimlardan bazilarini birlestirerek, arac uzerindeki boyaya baglanan arac guvenlik sistemleri gibi vizyoner uygulamalar tasarlanabilir. Sadece bir araba alarmi birinin araca dokunup dokunmadigini anlayabilir, ayni zamanda bu bilgileri kaydeder ve gercek zamanli olarak sahibinin akilli telefonuna bu bilgileri gonderebilir. Bu tur akilli boya, ilk temas yamalarini ve sonucta ortaya cikan enerji dagilimini belirlemek icin arac kazalarini analiz etmek icin de kullanilabilir.
Piyasada yakinda grafenle guclendirilmis fotovoltaik hucreler ve super kapasitorler iceren giysiler ilerideki donemde gorulebilir. Bu da cep telefonlarimini ve tablet bilgisayarlarini okula ya da ise giderken birkac dakika icinde (hatta saniyeler icinde) sarj edebilecegi anlamina gelmektedir. Elektrik desarjinin kullanimiyla istenmeyen temasa karsi koruma saglayan guvenlik odakli kiyafetleri bile tasarlanabilir.
Ozetle, bir fizik profesoru ve doktora ogrencisi tarafindan Manchester’daki bir laboratuarda bir parca grafit ve biraz da Scotch bant kullandiklari bu kesif, bilim adamlari, muhendisler ve mucitler olarak yeteneklerin potansiyel sinirlarina zorlama da devrim yaratmistir. Sahip olunan malzeme ve bilgi ile elde edebilecek olanaklari sonuna kadar acik hale getirilmesi gerekmektedir.

**ihaveanidea** · 27 Ağustos 2020, 09:31

Silika'nın(SiO2), 2500° sıcaklıkta 3 karbon atomuyla tepkimesi sonucu elde edilen bileşik grafit miydi bu muydu tam emin olamadım.

27 Ağustos 2020, 09:20	#1
CeReN Guest	Gelecegi Degistirecek Bir Malzeme: Grafen Grafen, altigen bir bal petegi kafesine sIkica baglanmis tek bir karbon atomu tabakasidir (tek tabaka). Molekuler bag uzunlugu 0.142 nanometre olan sp2-bagli atomlardan olusan bir duzlem seklindeki bir karbon allotropudur. Ust uste yigilmis grafen katmanlari, 0.335 nanometre duzlemler arasi araliklarla grafiti olusturur. Grafit icindeki ayri grafen katmanlari, grafenin grafitten pul pul dokulmesi sirasinda ustesinden gelinebilecek van der Waals kuvvetleri tarafindan bir arada tutulur. Grafen, bir atom kalinliginda insanoglunun bildigi en ince bilesIktir, bilinen en hafif malzeme (1 metrekare yaklasIk 0.77 miligram), kesfedilen en guclu bilesIk (130 GPa’lik bir gerilme mukavemeti ve a Young modulu 1 TPa – 150.000.000 psi ), oda sicakliginda en iyi isi iletkeni (4.84 ± 0.44) × 10 ^ 3 ila (5.30 ± 0.48) × 10 ^ 3 W • m 1 • K 1) ve ayni zamanda bilinen en iyi elektrik iletkeni (calismalar 200.000 cm2’den fazla V 1 • s 1 degerlerinde elektron hareketliligi gostermistir ). Grafende diger dikkate deger ozellikleri, onun olan tayfin gorunur ve yakin kizilotesi parca uzerinde acik duzgun emme ve spin tasimasinda kullanim icin potansiyel uygunlugudur. Bunu akilda tutarak, karbonun hidrojen, helyum ve oksijenden sonra insan vucudunda en cok bulunan ikinci ve evrende (kutlece) dorduncu en bol bulunan element oldugunu bilmek sasirtici olabilir. Bu, karbonu dunyadaki bilinen tum yasamin kimyasal temeli haline getirir ve grafeni neredeyse sinirsiz sayida uygulama icin potansiyel olarak cevre dostu ve surdurulebilir bir cozum haline getirir. Grafenin kesfinden (veya daha dogrusu mekanik olarak elde edilmesinden) bu yana, farkli bilimsel disiplinlerdeki uygulamalar cikmis ve ozellikle yuksek frekansli elektronik, biyo, kimyasal ve manyetik sensorler, ultra genis bant genisligine sahip fotodedektorlerde buyuk kazanimlar elde edilmistir. Grafen Uretimi Zorluklari Baslangicta, genis alanli grafen yapmanin tek yontemi, Platin, Nikel veya Titanyum Karburu etilene veya etilene maruz birakarak grafeni tek katman olarak buyutmek icin toksIk kimyasallarin kullanilmasini iceren cok pahali ve karmasIk bir islemdi (kimyasal buhar biriktirme, CVD). Metalik bir substrat disinda herhangi bir sey uzerinde kristalin epitaksi kullanmanin hicbir alternatifi yoktu. Bu uretim sorunlari, grafeni baslangicta gelistirme arastirmalari ve ticari kullanimlar icin kullanilamaz hale getirmistir. Ayrica, elektronikte CVD grafeni kullanmak, grafen katmanlarini grafene zarar vermeden metalik substrattan cikarmanin zorlugu nedeniyle engellenmistir. Bununla birlikte, 2012’deki calismalar, grafenin ara yuzey yapiskan enerjisini analiz ederek, grafeni uzerinde buyudugu metalik levhadan etkili bir sekilde ayirmanin mumkun oldugunu ve ayni zamanda tahtayi gelecekteki uygulamalar icin teorik olarak sonsuz sayida yeniden kullanmanin mumkun oldugunu bulmustur. Bu nedenle bu surecte daha once olusturulan toksIk atigi azaltmak gerekir. Ayrica, bu yontem kullanilarak ayristirilan grafenin kalitesi, molekuler elektronik cihazlar olusturmaya yetecek kadar yuksektir. Buyuyen CVD grafeni uzerine yapilan arastirmalar, o zamandan beri sicrayislarla ilerlemis ve grafenin kalitesini teknolojik benimsemede bir sorun haline getirmistir. Ve su anda altta yatan metal substratin maliyeti tarafindan yonetilmektedir. Bununla birlikte, grafen katmanlarinin sayisini ve goreceli kristalografik yonelimlerini kontrol ederken dalgalanmalar, katkilama seviyeleri ve alan boyutu gibi safsizliklar uzerinde kontrol ile ozel yuzeyler uzerinde surekli olarak grafen uretmek icin arastirmalar yurutulmektedir. Grafen Uzerine Yapilan Calismalar ve Arastirmalar Grafen arastirmalarini endustriyel uygulamalara yonlendirmek, milyar avroluk AB projesi Graphene Flagship gibi esgudumlu cabalar gerektirmektedir. Birkac yil suren ilk asamadan sonra, Flagship arastirmacilari rafine bir grafen uygulamalari yol haritasi uretmistir. En umut verici uygulama alanlarini belirleyen kompozitler, enerji, telekomunikasyon, elektronik, sensorler ve goruntuleme ve biyomedikal teknolojilerdir. Grafen disina superkapasitorlerin olusturmak muhtemelen uzun zamandir elektronik muhendisliginde buyuk adim olacaktir. Elektronik bilesenlerin gelisimi son 20 yilda cok yuksek bir hizla ilerlerken, piller ve kapasitorler gibi guc depolama cozumleri boyut, guc kapasitesi ve verimlilik nedeniyle birincil sinirlayici faktor olmustur (cogu pil turu cok verimsizdir) ve kapasitorler daha da azdir. Ornegin lityum iyon piller, enerji yogunlugu ve guc yogunlugu arasinda bir degis tokusla karsi karsiyadir. Gerceklestirilen ilk testlerde, lazerle cizilmis grafen (LSG) superkapasitorleri, gunumuzde kullanilan yuksek guclu lityum iyon pillerle karsilastirilabilir guc yogunlugu gostermistir. Sadece bu degil, ayni zamanda LSG superkapasitorleri de oldukca esnek, hafif, hizli sarj, ince ve daha once belirtildigi gibi uretimi cok ucuzdur. Sahip olunan malzeme ve bilgi ile elde edebileceklerin olanaklari sonuna kadar acik hale getirilmistir. Grafen, yalnizca pillerin kapasitesini ve sarj oranini degil, ayni zamanda uzun omurlulugu de artirmak icin kullanilmaktadir. Su anda, lityum gibi malzemeler buyuk miktarlarda enerji depolayabilirken, bu potansiyel miktar elektrot asinmasi nedeniyle her sarj veya yeniden sarjda azalmaktadir. Ornegin, lityum iyon pillerde bir anot olarak grafen kalay oksitle, piller sarjlar arasinda cok daha uzun sure dayanmaktadir(potansiyel kapasite 10 kat artmistir) Ve sarjlar arasinda depolama kapasitesinde neredeyse hic azalma olmadan, elektronik olarak calistirilan gibi teknolojiyi etkin bir sekilde yapar. Bu araclar gelecekte cok daha uygun bir nakliye cozumudur. Bu, pillerin (veya kapasitorlerin) daha once gerceklestirilenden cok daha uzun sure dayanacak ve daha yuksek kapasitelerde gelistirilebilecegi anlamina gelir. Ayrica elektronik cihazlarin saniyeler icinde sarj olabilecegi anlamina gelmektedir. Grafen Amiral Gemisindeki arastirmacilar, grafenin enerji uretimini iyilestirmek icin kullanilabilecegi yollari arastirilmaktadir, buna perovskit gunes pillerinin (PSC’ler) iyilestirilmesi, cok yuksek verimlilikle son derece umut verici yeni nesil gunes enerjisi kaynaklari dahildir. Amiral gemisi arastirmacilari, PSC’lerin uretim maliyetini dusururken, PSC’lerin omrunu ve performansini iyilestirmede mukemmel ilerleme kaydetmistir. Bir PSC’ye indirgenmis bir grafen oksit ayirici katmanin eklenmesi,% 20 verimlilikle dusuk maliyetli PSC uretimi ile sonuclanmistir. Ve 1000 saatlik calismadan sonra % 95’e kadar tutulmustur. Onumuzdeki donem icin bir pilot uretim hatti ve 1 kW’lik bir grafen-perovskit gunes enerjisi ciftligi arastirma asamasindadir. Grafenin enerji depolamada kullanimi en cok grafenin gelismis elektrotlarda kullanilmasiyla arastirilir. Grafen ve silikon nanopartikullerin birlestirilmesi, enerji kapasitelerinin % 92’sini 300 sarj-desarj dongusunde koruyan ve gram silikon basina 1500 mAh’lik yuksek bir maksimum kapasite ile sonuclanmistir. Elde edilen enerji yogunlugu degerleri 400 W/kg’in oldukca uzerindedir. Bir sonraki Amiral Gemisi asamasinda, bir Spearhead projesi, silikon grafen bazli bir lityum iyon pilin sanayi oncesi uretimine odaklanacaktir. Ayrica, grafen icin sprey kaplama biriktirme araci gelistirilerek, ornegin cok yuksek guc yogunluklarina sahip super kapasitorler uretmek icin kullanilan ince grafen filmlerinin buyuk olcekli uretimine olanak saglamistir. [grafen2]Grafen icin daha once bahsedilenlere benzer cizgilerdeki bir baska kullanim da boyadakidir. Grafen oldukca inerttir. Bu nedenle oksijen ve su difuzyonu arasinda bir korozyon bariyeri gorevi gorebilir. Bu, grafen herhangi bir metal yuzeye (dogru kosullar verildiginde) yetistirilebilecegi icin gelecekteki araclarin korozyona dayanikli hale getirilebilecegi anlamina gelebilir. Mukavemeti nedeniyle, grafen su anda koruyucu giysilerde Kevlar icin potansiyel bir ikame olarak gelistiriliyor ve sonunda arac imalatinda gorulebilecek ve muhtemelen bir yapi malzemesi olarak kullanilacaktir. Grafen, uzun suredir radyo frekansi (RF) esnek elektronikler icin ideal bir aday kanal malzemesi olarak kabul edilmektedir. Radyo frekansi ve hatta terahertz uygulamalari, 2,45 GHz’e kadar sinyaller icin kanitlanmis bir mikrodalga alicisi, esnek bir THz dedektoru ve hiperbolik fonon sogutma kullanan grafen tabanli nanoelektronik cihazlarin verimli bir sekilde sogutulmasinin bir gosterimi ile surekli olarak ileri itilmektedir. Grafenin esnek yapisi, esnek alt tabakalar uzerinde cesitli elektronik cihazlara izin verir, ornegin esnek, tamamen kati hal grafen bazli superkapasitorler, giyilebilir dokunmatik paneller, gerinim sensorleri ve kendi kendine calisan triboelektrik sensorler, hepsi yakin zamanda uygulamalarla birlikte gosterilmistir. Mobil cihazlar ve kol saatleri gibi esnek, saglam dokunmatik ekranli cihazlar gibi alanlarla ilgili kullanimi ise calisma asamasindadir. Bu kisa vadeli uygulamalarin otesinde, katlanabilir televizyonlar, telefonlar ve sonunda kablosuz veri aktarimi yoluyla guncellenebilen ilgili yayinlari iceren elektronik esnek gazeteler beklenebilir. Grafenin son derece seffaf olmasi, evlerde (potansiyel olarak) sanal perdeler veya icerik goruntuleme ozelligi olan akilli (ve son derece dayanikli) pencerelerin bir bileseni olmasi beklenmektedir. Optik iletisim, internet caginin bel kemigini olusturmakta ve gelisen 5G aglari icin de esit derecede onemli olmasi beklenmektedir. Modern iletisimler, bilgiyi isIk hizinda ucuran optik baglantilara ve bu isIk huzmeleri uzerine cok sayida bilgiyi kodlayabilen fotodetektorler ve modulatorler gibi devrelere dayanmaktadir. Optik yongalar uzerindeki fotonik dalga kilavuzlari icin tercih edilen malzeme silikon olmasina ragmen, fotodetektorler GaAs, InP veya GaN gibi diger yari iletkenlerden yapilir. Cunku silikon standart telekom dalga boylarinda seffaftir. Bu diger yari iletkenleri silikonla entegre etmek zordur, imalat sureclerini karmasIklastirir ve masraflari artirir. Ayrica, fotonik cihazlar daha fazla guc kullanirken kuculmeye devam ettigi icin termal yonetim bir sorun haline getirmektedir. Grafen, standart telekomunikasyon dalga boylari da dahil olmak uzere buyuk bir bant genisligi uzerinden isigi emdigi icin, telekomunikasyon fotodedektorleri icin umut verici bir malzemedir. Ayrica CMOS teknolojisi ile de uyumludur, yani teknolojik olarak silikon fotonik ile entegre edilebilir. Ayrica grafen, grafen bazli fotonik cihazlarin isi tuketiminde bir azalma vaat eden mukemmel bir isi iletkenidir. Bu nedenlerden dolayi, optik iletisim icin grafen yogun bir arastirma alani olmustur ve su anda tam calisan prototiplerde meyve vermeye baslamistir. 2016’da grafen fotodedektorlerin bant genisligi, potansiyel bit hizlari ~ 90 Gbit s -1 olan grafen/silikon pn baglantilarini kullanarak 65 GHz’e ulasmistir. Daha 2017 yilinda, 75 GHz’yi asan bant genisligine sahip grafen fotodetektorler 6 wafer proses hattinda uretilmistir. Bu rekor kiran cihazlar, ziyaretcilerin kanal basina 25 Gbit s -1 veri hizinda calisan dunyanin ilk tamamen grafen optik iletisim baglantisini deneyimleyebilecegi 2018’de Barselona’daki Mobil Dunya Kongresi’nde sergilenmistir. Bu sunumda, tum aktif elektro-optik islemler grafen cihazlari uzerinde gerceklestirilmistir. Bir grafen modulatoru, elektronik bir veri akisini bir optik sinyale kodlayarak, agin verici tarafindaki verileri islemistir. Alici tarafinda, bir grafen fotodedektor optik modulasyonu bir elektronik sinyale donusturerek bunun tersini yapmistir. Cihazlar Graphenea CVD grafen ile yapildi ve Grafen Pavyonu’nda sergilenmistir. Kimyasal buhar biriktirme (CVD) ile uretilen grafen, gelecekteki grafen bazli kimyasal, biyolojik ve diger sensor turlerinin temel tasini olusturacaktir. Malzemenin 2D yapisi, tum malzeme hacmi bir algilama yuzeyi gorevi gordugunden, algilama uygulamalari icin kendine ozgu avantajlar saglar. Ayrica grafen, kalabalik sensor pazarinda rekabet etmek icin gerekli olan mukemmel mekanik mukavemet, termal ve elektriksel iletkenlik, kompaktlik ve potansiyel olarak dusuk maliyet saglar. Grafen bazli gaz/buhar sensorleri, cesitli yapilari, benzersiz algilama performansi, oda sicakliginda calisma kosullari ve muazzam uygulama olanaklari nedeniyle son yillarda cok ilgi cekmistir. Su buharinin yani sira grafen NH 3, NO 2, H 2, CO, SO 2, H 2 S gibi gazlarin yani sira ucucu organik bilesIklerin buharini algilamak icin kullanilmis ve bilimsel yayin sayilarinda carpici bir artisa neden olmustur. Bu konuda. Grafen ayrica, mililitre sivi basina 10 pikogram kadar dusuk konsantrasyonlarda opioid izlerini tespit etmek icin de kullanilmistir . Bu cok sayida elverisli ozellik, biyoalgilama icin grafen kullanimina iliskin genis bir arastirma yelpazesine yol acmistir. Ozellikle ilginc konfigurasyonlar grafen alan etkili transistorler (GFET’ler) ve grafen gelistirilmis olan yuzey plazmon rezonansidir (SPR). Bu tip grafen sensorleri DNA, protein, glikoz ve bakteri tespiti icin kullanilmistir. GFET kullanilarak opioid molekulleri icin saptama limiti 10 pg/mL olan biyosensorler uretilmistir. Grafen Pazar Payi Grafen ayrica yeni, esnek manyetik alan sensorleri icin olanak saglayan bir teknolojidir. Manyetik alan sensorleri pazari, 2022’de 4,16 milyar ABD dolarina kadar cikan boyut tahminleriyle genisleyen bir pazardir . Konum algilama, akim izleme, hiz algilama ve acisal algilama gibi manyetik alan sensorlerinin birden cok amaci, otomotiv, tuketici elektronigi, saglik ve savunma gibi cok cesitli endustrilere erisim saglamaktadir. En yaygin manyetik sensor tipi, bir manyetik alan uygulandiginda bir elektrik iletkeni boyunca bir potansiyel farkin uretilmesi olan Hall etkisini kullanir. Hall etkisi sensorlerinin hassasiyetini belirlemede anahtar faktor yuksek elektron hareketliligidir. Bu sekilde, grafin olculen tasiyici hareket ile bu uygulama icin son derece ilginc bir madde olan fazla 200.000 cm 2 V -1 s -1 . 5700 V/AT’ye kadar akima bagli hassasiyet ve 3 V / VT’ye kadar voltajla ilgili hassasiyete sahip Grafen Hall sensorleri, bor nitrur icinde kapsullenmis grafende gosterilmistir. Bu tur bir performans, 50 nT/ Hz kadar dusuk bir manyetik cozunurlukle son teknoloji silikon ve III/V Halls sensorlerini geride birakir. Grafen Salonlari cihazlarinin endustri standardi gofretler uzerindeki duyarliligi icin mevcut pratik sinir ~ 3000 V/AT civarindadir. Karsilastirma icin, geleneksel CMOS uyumlu malzemelerden uretilen son teknoloji Hall sensorleri ~ 100 V/AT duzeyinde hassasiyete sahiptir. Kapton bant uzerinde uretilen esnek grafen Hall sensorleri bile sert silikon Hall sensorlerine benzer hassasiyetlere ulasir. Yukarida bahsedilen potansiyel kullanimlardan bazilarini birlestirerek, arac uzerindeki boyaya baglanan arac guvenlik sistemleri gibi vizyoner uygulamalar tasarlanabilir. Sadece bir araba alarmi birinin araca dokunup dokunmadigini anlayabilir, ayni zamanda bu bilgileri kaydeder ve gercek zamanli olarak sahibinin akilli telefonuna bu bilgileri gonderebilir. Bu tur akilli boya, ilk temas yamalarini ve sonucta ortaya cikan enerji dagilimini belirlemek icin arac kazalarini analiz etmek icin de kullanilabilir. Piyasada yakinda grafenle guclendirilmis fotovoltaik hucreler ve super kapasitorler iceren giysiler ilerideki donemde gorulebilir. Bu da cep telefonlarimini ve tablet bilgisayarlarini okula ya da ise giderken birkac dakika icinde (hatta saniyeler icinde) sarj edebilecegi anlamina gelmektedir. Elektrik desarjinin kullanimiyla istenmeyen temasa karsi koruma saglayan guvenlik odakli kiyafetleri bile tasarlanabilir. Ozetle, bir fizik profesoru ve doktora ogrencisi tarafindan Manchester’daki bir laboratuarda bir parca grafit ve biraz da Scotch bant kullandiklari bu kesif, bilim adamlari, muhendisler ve mucitler olarak yeteneklerin potansiyel sinirlarina zorlama da devrim yaratmistir. Sahip olunan malzeme ve bilgi ile elde edebilecek olanaklari sonuna kadar acik hale getirilmesi gerekmektedir.
	Alıntı Yap

Konuyu Toplam 1 Üye okuyor. (0 Kayıtlı üye ve 1 Misafir)