Grafen nedir? Grafen nerelerde kullanılır?

Grafen nedir?
Grafenin kullanım alanları neler?
Türkiye’de grafen üretiliyor mu?
Nanografi'ye yönelttiğimiz sorularımız ve aldığımız yanıtlar şöyle:
Grafen sizin için neden önemli? Sizce gelecekte hangi ürünlerde grafenin yaygın şekilde kullanıldığını göreceğiz?
Nanografi yılda ne kadar grafen üretiyor? Diğer ülkelere kıyasla ne durumda?
Nanografi, grafen ham maddesini ürünlere dönüştürmek için günümüzde neler yapıyor? Bu konuda firmanın gelecek planları neler?
Grafen üretiminin çevreye olumsuz etkisine ilişkin hangi önlemler alınıyor?
Nanografi, dünyaca ünlü teknoloji firmaları ile iş birliği yapıyor mu? Ürettiğiniz grafenler hangi dev şirketlerin ürünlerinde kullanılıyor?
Yorumlar

Yusuf Akbaş

Teknoloji Editörü

Yakın zamanda keşfedilen ve “mucize malzeme” olarak tanımlanan grafen, endüstride pek çok alanda kullanılmaya başlandı. Çeliğe göre daha dayanıklı ve daha esnek yapısıyla dikkat çeken grafen, çeşitli ürünlere yeni yetenekler kazandırıyor. Grafen kullanılarak daha hafif, daha uzun ömürlü, daha az maliyetli ve daha çok özelliğe sahip ürünler ortaya çıkarılabiliyor. Bu içeriğimizde grafen hakkında temel bilgilere yer veriyoruz.

Grafen nedir?

Grafen, karbon atomlarının altıgen şekilde dizildiği ve iki boyutlu yüzeylerden oluşan bir karbon formudur. Çok hafif olmasına rağmen çelikten 200 kat daha güçlü bir yapıya sahiptir. Elektriği çok iyi bir şekilde iletir. Esnek yapıda olduğu için pek çok üründe kullanılabiliyor. Tek atom kalınlığında, 2 boyutlu bir nano malzeme olarak nano teknolojinin en kritik bileşenlerinden biri olarak gösteriliyor.

Grafen epey yeni bir malzeme. İlk kez 2004 yılında elde edildi. 2010 yılının Nobel Fizik Ödülü’nü grafenin mucitleri Andrei Geim ve Konstantin Novoselov kazandı. Bu iki bilim insanı, kurşun kalemdeki grafitten grafen elde etmiş ve grafenin potansiyeli hakkında çeşitli deneyler yaparak grafenin mucizevi bir malzeme olduğuna dikkat çekmişlerdi.

DonanımHaber'deki tüm grafen haberleri

Grafenin kullanım alanları neler?

Sergilediği mukavemet, esneklik, termal ve elektriksel iletkenlik özellikleriyle çok farklı sanayi alanlarında kullanılabiliyor. Sensörlerde, elektronik cihazlarda, yarı iletkenlerde, transistörlerde, havacılıkta, enerji üretiminde, elektrokimyada, sağlık ürünlerinde, bataryalarda, yapı malzemelerinde, otomotiv sanayide, kaplama ve kompozitlerde kullanılıyor. Bilim insanları, grafenin yeni kullanım alanları için dünya genelinde çalışmalar yürütüyor.

Grafen sayesinde, daha uzun ömürlü malzemeler, ultra hızlı şarj edilebilen bataryalar, daha hızlı ve hafif uçaklar, vücuttaki nöronlara bağlanabilen biyonik cihazlar üretilebilecek. Vücut elektriğini okuyup değiştirerek gerçek zamanlı tedavi sağlayan biyoelektronik tıbbi teknolojiler geliştirilebilecek. Korozyon, ısınma ve iletim sorunlarına da çözümler getirilebilecek.

Grafen, yapısal özellikleri sayesinde özellikle teknolojik ürünlerde büyük yeniliklere yol açabilecek. 0,34 nanometre kalınlığında olduğu için oldukça hafif ve esnek bir malzeme. Bir metrekare grafen 0,77 miligram ağırlığa denk geliyor. Grafen katlanabiliyor. Hem elektriksel açıdan hem de termal açıdan iyi iletkenlik gösteriyor. Grafenin bu avantajları doğru bir şekilde kullanıldığında teknolojik ürünler daha kabiliyetli olacak. Grafen kullanılarak geliştirilen teknolojik ürünler daha ince, daha esnek, daha hızlı ve daha yetenekli olacak. Grafen silikonlu lityum iyon pillerinin diğerlerine oranla yüzde 50 daha hızlı şarj olabileceği ortaya çıktı. Elektrikli otomobillerin en büyük problemi olan uzun şarj sürelerinin grafen sayesinde kısaltılması mümkün olacak. Dayanıklılık ve esneklik özellikleri sayesinde savunma sanayii alanında çok daha kullanışlı ürünler ortaya çıkacak.

Türkiye’de grafen üretiliyor mu?

Geleceğin materyali olarak gösterilen grafen hakkında Türkiye’de az sayıda da olsa önemli çalışmalar yapan şirketler mevcut. Hem grafenin üretimi için hem de grafenin yüksek teknolojili ürüne dönüşümü için çeşitli çalışmalar yapıldı ve bazıları başarılı oldu. Devlet tarafından ilk adım 2013’te atıldı. 2013’te TÜBİTAK tarafından Grafen çağrısı başlatıldı ve grafen hakkında projeler yürütenlerin destekleneceği ifade edildi. Onlarca başvuru yapıldı.

Türkiye’deki grafen çalışmalarına baktığımızda Nanografi ismindeki yerli girişimin çalışmaları dikkat çekiyor. 2011 yılında kurulan şirket, grafenin henüz ülkemizde bilimöediği dönemlerde grafen üretimi için çalışmalar yürüttü. Bugün gelinen noktada ise Nanografi tarafından Türkiye’nin ilk Grafen Seri Üretim Tesisi hayata geçti. Üretim kapasitesi bakımından, Avrupa’nın önde gelen tesisleri arasında gösteriliyor. Ayrıca dünyada ilk kez çevre dostu ve uygun maliyetli üretim yöntemi geliştirdi. Bu üretim yönteminin patentini aldı. Avrupa Birliği tarafından Horizon 2020 araştırma ve inovasyon programından fonu almayı başardı.

Grafen hakkında içerik oluştururken Nanografi’ye ulaşmasak olmazdı. Daha fazla bilgi edinmek için Nanografi Nano Teknoloji AŞ’ye ulaştık ve grafen hakkında merak ettiğimiz birkaç soruyu yönelttik. Ekip tarafından çeşitli yanıtlar aktarıldı.

Nanografi'ye yönelttiğimiz sorularımız ve aldığımız yanıtlar şöyle:

Grafen sizin için neden önemli? Sizce gelecekte hangi ürünlerde grafenin yaygın şekilde kullanıldığını göreceğiz?

Grafen sadece bizim için değil, tüm dünya için önemli bir malzeme aslında. Temelde çelik, bakır, çimento gibi endüstriyel ürünler ortaya çıkarmakta kullanılan bir hammadde “grafen” diye adlandırdığımız malzeme. Karbon atomunun kömür, elmas, grafit gibi farklı formlarından biri. Çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük boyutları var ama Elektron Mikroskobu gibi özel sistemlerle baktığınızda karşınıza bal peteği görünümünde altıgen halkalar çıkıyor. Sadece 1 karbon atomu kalınlığında bir malzeme grafen, o nedenle de 2 boyutlu kabul ediliyor. Grafenin neden bu kadar ilgiyi bir anda üzerinde topladığına gelirsek, grafen şu özelliklere sahip:

Bilinen en küçük ve en hafif malzemedir. Grafen, bilinen en hafif malzemelerden bile daha hafiftir.
Elektriği ve Isıyı en iyi ileten malzemedir.
Çok güçlü bir malzemedir, aynı ağırlıkta çelikten yaklaşık 200 kat daha mukavemetlidir.
Esnek ve yüksek oranda şeffaf bir malzemedir.

Sahip olduğu bu özellikler tüm dünyada, özellikle ABD, Avrupa Ülkeleri ve Çin’de bu malzemenin yoğun bir şekilde çalışılmasını sağlıyor. Bu çalışmalar da adım adım endüstriyel ürünlere dönüşüyor. Grafenle yapabileceklerimiz, bunlarla sınırlı olmamakla birlikte, aşağıdaki gibi özetlenebilir:

Daha hafif otomobiller, hava ve uzay araçları
Mevcut depolama aygıtlarından daha fazla enerji depolayabilen ve daha hızlı şarj edilebilen bataryalar (elektrikli araç teknolojileri için çalışılan 2 kritik malzemeden biri grafendir)
Savunma Sanayiine yönelik hafif zırh ürünleri
Akıllı, güçlü ve hafif yapı-inşaat malzemeleri
Paslanmayı, aşınmayı engelleyici ultra-ince kaplama ürünleri
Su arıtma teknolojileri
Süper hızlı bilgisayar işlemcileri
İlaç taşıma ve hedeflenmiş ilaç taşıma teknolojileri
Tanı-teşhis sistemleri

Nanografi yılda ne kadar grafen üretiyor? Diğer ülkelere kıyasla ne durumda?

Firmamız yılda 100 tonluk bir kapasiteyle grafen üretiyor. Dünya genelindeki üretim miktarları 10.000 ton seviyesine ulaşmak üzere, sektördeki talebin ise önümüzdeki 10 yıl içinde 100.000 tona ulaşacağı hesaplanıyor. Mevcut üretim hacmine baktığımızda firmamızın üretimi toplam ihtiyacın sadece %1’ini karşılayabilecek durumda. Kurduğumuz tesis Avrupa’nın en büyüklerinden biri aslında ve biz mevcut grafen üretimimizi önümüzdeki 5 yıl içinde yıllık 1000 tona kadar ulaştırmayı hedefliyoruz.

Nanografi, grafen ham maddesini ürünlere dönüştürmek için günümüzde neler yapıyor? Bu konuda firmanın gelecek planları neler?

Firmamız, grafen malzememizin kalitesini geliştirmek ve maliyetlerini ise endüstride makul kabul edilen seviyelere getirmek için sürekli olarak çalışmaktadır. Bunun yanında aşağıdaki konularda, çeşitli iş birlikleri çerçevesinde, ürünler geliştirmeye de devam etmektedir:

Kara ve hava araçlarına yönelik hafif kompozitler
Yüksek kapasiteli Li-ion bataryalar
Savunma endüstrisine yönelik yüksek mukavemetli zırh malzemeleri ve iz düşürücü teknolojiler
Metallerde paslanmayı (korozyon) önleyici kaplamalar
Aşınma ve yanmaya dirençli kaplamalar
Vücut sensörleri ve akıllı ilaç teknolojileri
Gıda ve çeşitli tüketim ürünleri için akıllı barkod sistemleri

Grafen üretiminin çevreye olumsuz etkisine ilişkin hangi önlemler alınıyor?

Firmamızın grafen üretimi tamamen çevreci üretim tekniklerine dayanmaktadır. Dünya genelinde birçok grafen üreticisi; üretimde tehlikeli (yanıcı, patlayıcı, korozif) kimyasallar kullanmakta ve dışarıya zehirli gaz salınımları yapmaktadırlar. Ayrıca üretimde elde edilen ürünün neredeyse 1000 katı su sarf etmektedirler. Ancak, firmamız, grafeni sadece mekanik proseslerle (patentli yöntemiyle) elde edebilmekte ve proseste kullanılan suyu filtreleyerek tekrar tekrar üretim sistemine geri besleyebilmektedir. Bu yönüyle firmamız grafen üretiminde; atık üretmeyen, dünyadaki çok az sayıda firmadan birisidir.

Nanografi, dünyaca ünlü teknoloji firmaları ile iş birliği yapıyor mu? Ürettiğiniz grafenler hangi dev şirketlerin ürünlerinde kullanılıyor?

Firmamız, ülkemizde ve dünya genelinde birçok dev teknoloji firmasıyla iş birlikleri yapmaktadır. Bu firmaların isimlerini gizlilik kuralları gereği açıklayamamaktayız. Diğer yandan ürünlerimiz LG, Airbus, Samsung gibi dünya devleri tarafından kullanılmaktadır ve yeni nesil ürünlere adapte olması için yoğun bir şekilde çalışılmaktadır.