Elektriği Direnç Göstermeyen Bükülmüş Grafen
Fizik dünyasında son 1 yıldır yapılan araştırmalara göre, grafen isimli bir malzeme, geleceğin teknolojileri için büyük önem taşıyacak. Elektriği direnç göstermeden iletecek bir maddenin peşinde koşan bilim insanları, grafen sayesinde kuantum fiziğinin bilinmeyenlerini de aydınlatabilir. Peki nedir bu grafen, hakkında neleri bilmemiz gerekiyor?
Doğada bulunan her madde elektriğe karşı farklı dirençler gösterir. Atomların ve moleküllerin türüne ve dizilişine göre değişen bu direnç miktarı, elektriğin ne kadar hızlı ya da yavaş iletileceğini de belirler. Direnci en düşük olan maddeleri de elektronik devrelerde kullanırız. Bakır ve altın ise elektriğe karşı en az direnç gösteren, yani en kolay ileten iki maddedir.
Bilim insanlarının hayali ise elektriği dirençsiz bir şekilde iletmek. Bu hayal oldukça ütopik görünse de yapılan son araştırmalara göre mümkün. Süperiletken dediğimiz özel malzemeler standartlaştığında elektriğe dair pek çok şeyin tanımını da değiştirebileceğiz.
Bugün bilim dünyasının gündeminden artık kolay kolay düşmeyecek “grafen” isimli maddeye yakından bakıyor. Olabilecek en basit şekilde şimdiden onun neden “sihirli” madde olarak anıldığına dair gözlem yapıyoruz.
Grafenin Abisi Grafit. Bir Başka Deyişle, Kurşun Kalem!
Kurşun kalemlerimizin içindeki siyah madde ya da uçlu kalemlerimize taktığımız ince uzun uçlar, grafit adı verilen kimyasal bir maddeden üretiliyor. Grafit ise karbon atomlarının üç boyutlu olarak düzenlenmesiyle oluşuyor. Altıgen şeklinde bağlanan atom katmanları üst üste dizilince grafiti oluşturuyorlar. Grafit katmanlarından yalnıza birisini aldığınızda ise grafen isimli mucizevi maddeyi elde ediyorsunuz.
Tek Bir Atom Kalınlığında Olan Tuhaf Madde
Grafenin kalındığı yalnızca bir karbon atomu kadar, yani iki boyutlu bir düzlem. Birbirlerine altıgen şekilde bağlanmış atomlardan oluşan bu düzlem oldukça tuhaf. İnce, bu kadar düzenli bir malzeme yok. Süperiletkenler konusunda en umut vaat edici gelişmeler de grafen ile birlikte yaşanıyor. Nasıl olduğunu anlamak için devam edelim.
Hem Yalıtkan Hem de İletken Olan Madde: Bükülmüş Grafen
Bilim insanlar bir grafen tabakasının üzerine bir başka grafen tabakasını özel bir açıyla yaklaştırdıklarında ve malzemeyi mutlak sıfıra kadar soğuttuklarında ilginç bir şey fark ettiler. Bu özel açılı bükme işlemi sonucunda iki grafen tabakasının özellikleri kökten değişti. Katmanlar önce bir yalıtkan, ardından da süperiletken oldular. Hem yalıtkan, hem de iletken olabilen bir madde…
Bir grafen tek başına elektrik iletimi için yalıtkan düzeyde verimliyken, yani elektriğe karşı büyük direnç gösterirken, iki grafen katmanı bir araya geldiğinde süperiletken ortaya çıkıyor. Tek yapılması gereken o sihirli açıyı tutturmak.
Ucuz, Çok Ucuz Elektrik
Normal şartlarda süperiletken maddeleri kullanmak için yüksek soğukluk ya da yüksek sıcaklık değerleri gerekiyor. Grafen tabakalarında ise oda sıcaklığında süperiletken koşullar oluşturulabiliyor. Yani akıllı telefonlarımızda, bilgisayarlarımızda süperiletken malzemeleri kullanmamız mümkün olacak. Yani daha hızlı ve çok çok daha stabil cihazlara sahip olacağız.
Diğer taraftan hızlı trenlerin yaygınlaşması da kolaylaşabilir. Zira bildiğiniz ulaşımda da süperiletken malzemeleri kullanmak mümkün. Grafen ise bu çözümleri teoriye göre oldukça ucuz, üretilebilir ve yaygınlaşmaya müsait bir duruma getiriyor.
Dahası grafen katmanları sayesinde elektrik enerjisinin transferi de kolaylaşacak. Direnç nedeniyle kaybedilen elektrik gücü kullanıma sunulabilecek. Yüksek verimli ve daha ucuz elektrik enerjisi dağıtılabilecek. Tüm bunlar şimdilik bilimsel birer beklenti. Ancak unutmayın Nikola Tesla da bir bilim insanıydı ve şu an onun hayallerinde yaşıyoruz.
Bükülmüş Grafeni Kontrol Etmek, Bir Odada Işık Açmak Kadar Kolay
MIT’de yapılan araştırmalara göre, grafen katmanlarının bükülmesiyle elde edilen açıyı değiştirmek için bir düğmeye basmamız yeterli olacak. Düğmeyi kapatınca yalıtkan, tekrar basında süperiletken olan bükülmüş grafen, aslında beklenen de işlevsel çözümler sunuyor. Yapısı dolayısıyla son kullanıcıya da oldukça uygun çıktılar verebiliyor.
Fizikçiler, bu içerikte derleyip basitleştirdiğimiz bilgilerin üzerine sayısız teoriyi araştırıyorlar. Hatta fizik dünyasında grafeni araştırmak üzere hayatını adayacak bilim insanlarına ihtiyaç duyulduğu aşikar. Grafen, son 1 yıldır sık sık gündeme gelerek, yepyeni bir bilimsel araştırma sahası olduğunu kanıtladı.
O araştırmaların sonuçlarını teknolojik gelişmelerle gözlemlemek de mümkün olacak.
Kaynak : .webtekno.com
Plastikten Jet Yakıtı Üretimi
Washington State Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, plastik atıkları kullanarak jet yakıtı üretmenin bir yolunu buldu.
Plastik atıkları oldukça ciddi bir problem durumuna geldi. Bilim insanları bu sorunun çözümü için mesai harcıyor. Bu noktada önemli bir araştırma da ABD’deki araştırmacılardan geldi.
Washington State Üniversitesi’nden bilim insanları, plastik atıklarını jet yakıtı olarak kullanmanın bir yolunu buldu. Applied Energy adlı dergide yayımlanan makaleye göre, üniversiteden Hanwu Lei ve çalışma arkadaşları, yüksek sıcaklıkta aktif karbon ile birlikte erittikleri plastik atıkların jet yakıtı üretiminde kullanmanın bir yolunu buldu.
Lei, atık plastiklerin dünya çapında ciddi bir sorun olduğunu belirterek, bu yöntemin plastiklerin geri kazanımında görece daha kolay ve oldukça iyi bir yol olduğunu söylüyor.
Lei ve arkadaşları, düşük yoğunluklu poletilen ve plastik ürün atıklarını kullandı. Su şişeleri, süt şişeleri, plastik poşetler gibi atıklar, bir tüpün içerisindeki aktif karbonun üzerine yerleştirildi. Plasitği eritmenin zor olduğunu söyleyen araştırmacı, kimyasal bağların bozulması için katalizör gerektiğini söyledi.
Karbon katalizör işini tamamladıktan sonra karışımdan ayrıştırılıyor ve geriye kalan plastik işlenmeye devam ediyor. Katalizör, tekrar tekrar kullanılabiliyor.
Çevre Koruma Ajansı’nın verilerine göre ABD’nin çöplüklerinde, 2015 yılında 26 milyon ton plastik bulunuyordu. Çin, ABD’den geri dönüşüm için plastik kabul etmeyi bıraktığından bu yana bu rakam daha da artıyor. Okyanuslar da biriken çok sayıda plastik atık nedeniyle tehlike altında.
Lei, araştırmada kullanılan yöntemin kısa sürede büyük ölçekli olarak uygulanabileceğini söyledi. Ayrıca işlem sonunda, jet yakıtı elde etmek için son ürünün ayrıştırılması geraktiğini söyleyen araştırmacı, bu işlem yapılmaması durumunda elde yalnızca dizel yakıt kalacağını belirtti.
Kaynak : webtekno.com
Nano Malzemeler
Nano teknoloji ünlü fizikçi Richard Feynman tarafından ‘There is Plenty of Room at the Bottom’ (Aşağıda Oldukça Geniş Bir Alan Var) adlı konuşmasına dayanmaktadır (1959). Bu konuşmasında Feynman moleküler boyutlu cihazların yapabileceklerini anlatmış ve nano teknolojinin önemini vurgulamıştır.
İlerleyen zamanlarda (1974) Japon bilim insanı Norio Taniguchi ‘Nano Teknoloji’ terimini yarı iletkenlerin süreçlerini açıklamak için ilk kullanan isim olmuştur.
Ardından Eric Drexler moleküler teknoloji konseptini yaratmış ve nano teknoloji terimini Norio’dan sonra kullanan ikinci bilim insanı olmuştur.
Devam eden yıllarda nano teknoloji büyük bilişim firmaları tarafından kullanılmaya ve teknolojik cihazlar geliştirmeye araç olarak kullanılmıştır. Nano teknoloji kullanılarak IBM tarafından Taramalı Tünelleme Mikroskobu geliştirilmiş (1981) ve nano teknolojinin önlenemez yükselişi başlamıştır.
Nano teknolojinin tarihsel gelişimini özetleyen güzel bir çalışma linkte verilmiştir.
http://www.foresight.org/nano/history.html
Nano teknoloji günümüzde tam ve yüksek performanslı ürünler yapmak için geliştirilen araçlar ve teknikleri kullanarak maddeleri aşağıdan yukarıya oluşturmada tahmini gücü ifade etmektedir. Bir nanometre (nm), metrenin milyarda biri, ya da 10-9 katıdır. Tipik karbon-karbon bağ uzunluğu, ya da bir moleküldeki atomların arasındaki boşluk 0.12–0.15 nm arasında değişiklik gösterirken, bir DNA çift sarmalı yaklaşık 2 nm çapa sahiptir.
Nano boyutlu malzemeler günümüzde büyük ilgi görmektedir. ‘Kuantum Boyut Etkisi’ olarak adlandırılan teoriye göre bir malzemenin partikül boyutu ve şekli değiştiği zaman özelliklerinde değişim meydana gelebilmektedir. Bu değişim nano boyutlu malzemelere ilginin artmasını sağlamaktadır. Farklı alanlarda nano boyutlu malzemeler kullanılarak, nano boyutun gizemi çözülmeye çalışılmaktadır.
Nanokar araştırmacıları tarafından nano boyutlu inorganik toz malzemeler partikül boyutu ve şekli kontrol edilerek geliştirilmektedir. Bu süreçler de sahip olunan bilimsel ve fiziksel alt yapı en etkin şekilde kullanılmaya çalışılmaktadır.
Nano Malzemeler Üretim Yöntemleri
Nanokar araştırmacıları nano toz malzemelerini üretmek için birçok yüksek teknolojik üretim metodunu kullanmaktadır. Araştırmacılarımız tarafından kullanılan başlıca üretim metotları aşağıdaki gibidir:
- Hidrotermal
- Sol-jel
- Kontrollü Çöktürme
Hidrotermal sentez metodu hakkında birçok tanım bulunmasına rağmen Laudise’nin yapmış olduğu tanım en açıklayıcı olanıdır. Laudis’e göre hidrotermal sentez metodu; çevre veya çevre koşullarına yakın şartlarda sulu çözeltiler içerisinde (yüksek basınç ve sıcaklıklar altında) kristallerin büyütülmesidir.
Sol-jel metodunda ise koloidal süspansiyon oluşturma yoluyla inorganik matrislerin üretimi ve bir grup jeli oluşturmak için solün jelleşmesi ve kurutma sonrası bu jelin xerogel (kuru jel) şekline dönüşmesidir. Elde edilen jeller ardından istenilen tane büyüklüklerinde nano malzemelere dönüştürülmektedir.
Kontrollü çöktürme metodunda ise çökme-çözünme diyagramları kullanılarak nano boyutlu üretilmek istenen malzemeler kontrollü şekilde homojen-heterojen çekirdeklenme yardımıyla üretilmektedir.
Nano Malzemeler Karakterizasyon Metotları
Nano malzemeler birçok farklı metot ile karakterize edilmektedir. Nanokar araştırmacıları tarafından nano malzemelerin karakterizasyon işlemleri 5 ana özellik açısından ele alınmaktadır. Her bir özellik yetkinliğimiz dahilinde farklı karakterizasyon cihazları ile her biri konusunda uzman ekibimiz tarafından gerçekleştirilmektedir.
| ÖZELLİK | KULLANILAN METOT |
| Tane boyut ve şekil | Taramalı elektron mikroskobu (SEM) Zeta-Sizer |
| Yüzey alanı ve por çap-hacim dağılımı | Brunauer, Emmet ve Teller metodu (BET) |
| Kimyasal saflık | X ışınları floresans spektroskopisi (XRF) Atomik adsorpsiyon spektroskopisi (AAS) İndüktif olarak eşleştirilmiş kapiler plazma spektrometresi (ICP-OES) |
| Kristal yapı | X ışınları kırınım metodu (XRD) |
Nano Malzemelerin Kullanım Alanları
Gelişen nano teknoloji sayesinde dünya ve gündelik yaşamda kullanılan teknolojik aletler önemli ölçüde gelişmekte ve küçülmektedir. Bugün daha küçük ve efektif elektronik cihazlar kullanabiliyor isek bu nano teknolojinin bize sundukları sayesinde mümkün olmaktadır.
Nano malzemeler birçok endüstriyel alanda etkin şekilde kullanılmaktadır. Bugün kullandığımız birçok cihazda nano teknoloji yaklaşımı benimsenmiş ve nano malzemeler kullanılmıştır.
Nano malzemeler enerji, elektronik, sağlık, savunma sanayi, tekstil, seramik, cam, çevre, gıda v.b. alanlarda kullanılmaktadır. Hayatımızın içerisinde olan nano malzemeler endüstride tekstil alanında kendi kendini temizleyen veya ıslanmayan kumaşlar içerisinde kullanılırken, çevre alanında ise atık suları temizlemek için membran sistemlerinde kullanılmaktadır.
Her endüstri kolu nano malzemeleri keşfetmiş, ürünlerinin yenilikçi ve çığır açan ürünler olması için bu malzemeleri kullanmış-kullanmaktadır.
Her endüstri kolu nano malzemeleri keşfetmiş, ürünlerinin yenilikçi ve çığır açan ürünler olması için bu malzemeleri kullanmış-kullanmaktadır.
Linkler:
Projelerimizde bize destek olmak istersen Patreon üzerinden aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
