Grafen'in Elektronikte Kullanılması

Bilim dünyasında ''Mükemmel malzeme'' olarak adlandırılan grafen'in yapısında bulunan karbon atomları bal peteği gibi dizilmişlerdir. Oldukça ince, dayanıklı ve çok sert bir malzemedir. Günümüzde grafen'in çeşitli elektronik cihazlarda uygulamaları ve geliştirilmesi üzerine çok kapsamlı araştırmalar yapılmakla birlikte bu malzemenin bir çok elektronik devrede silikon yerine geçebileceği fikri ileri sürülmektedir.

A- A+

30.07.2013 tarihli yazı 20349 kez okunmuştur.

Grafen malzemesi yüksek mekaniksel dayanıklılığı, çok yüksek elektron hareketliliği ve ileri derecede termal iletkenliği gibi bir çok kullanışlı özelliklere sahiptir. Elektronik aygıtlarda grafen kullanımı aşağıda sırasıyla açıklanmaktadır.

Pillerde Grafen Kullanımı

Ürettiğimiz enerjinin depolanması için bir çok uygulama vardır. Bu sistemlerden her birisi performans, kapasite açısından farklı özelliklere sahiptir. Kapasitörler çabuk dolarlar fakat büyük kapasiteleri yoktur. Piller çok fazla enerji depolayabilirler ama ağırdırlar. Aynı zamanda yeniden şarj olmaları uzun zaman alır. Çinli araştırmacılar piller ile kapasitörler arasında yeni bir enerji depolayıcısı yapmak içingrafen köpük tabanlı pil tasarımını geliştirdiler. Bu tasarım lityum teknolojisine dayalıdır. Grafen köpük tabanlı pil, bir kapasitör gibi hızlıca şarj edilip 20 saniyede boşalabilimektedir.

Argonne Ulusal Laboratuvarı ile birlikte çalışan California Lithium Battery şirketi yeni lityum iyon pil seviyelerine ulaşmak için GEN3 silikon grafen kompozit anot malzemelerin kullanlmasıyla inovatif bir lityum iyon pili piyasaya sürdüler.

► İlginizi Çekebilir : Edison'ın Pili Grafen İle Geliştirildi

Dokunmatik Ekranlarda Grafen Elektrot Kullanımı

Grafen şeffaf film ticari olarak, indium tin oksidin(ITO) yerine geçmesi beklenen güçlü bir teknolojidir. Bu ITO malzemesi bilgisayar,tablet ve telefonlarda ekranlarda kullanılırlar. Ayrıca güneş hücreleri OLED'lerde elektrot olarakta kullanılmaktadır.

Rice Üniversitesi araştırmacıları tarafından geliştirilen grafen temelli ince film nanotel ağ ile yüksek iletkenlikli grafen tek katmak düzlemi entegre ettiler. Araştırmacılara göre bu yeni malzeme ITO'dan çok daha sağlam olmaktadır.

Belleklerde Grafen Kullanılması

Yine Rice Üniversitesi araştırmacıları tarafından geliştirilen aktif bileşen olarak silikon oksitin kullanıldığı seffaf esnek bellek çiplerini geliştirmeye başladılar. Silikon dioksit elektronikte yaygın bir biçimde yalıtkan olarak kullanılmaktadır. Oksijen atomları kapalı şertler halindedir. Bu şekilde olması da, 5 nanometre genişliğinden daha az saf silikon kanallara yol açar.

2012 yılında, Rice Üniversite'si araştırmacıları iki terminalli şeffaf bellek yapmak için bu olguyu kullandılar.

Grafen Transistörler ile Birleşik Devreler

2011 Haziran'ın da, IBM araştırmacıları yüksek hızlı bir grafen devresi tasarladılar. Grafedeki elektronların, silikon malzemelerdeki gibi saçılmamaları sonucu silikon temelli transistörlerden iki kat daha hızlı oldukları keşfedilimiştir.

Çalışan trasistörler bir dizi işlemi gerçekleştirmek için çok sayıda transistöre bağlı olduğunu gösteren bir devre içine entegre edilmedikçe hiçbir anlama gelmediğini söyler. IBM bunu mümkün hale getirmek için bir çok zorluğun üstesinden geldi. Örnek verilirse, elektron demet litografisi ile yapılan etch süreci sırasında ultra ince grafen katmanların korunması durumu gibidir. Grafen'in bu aşındırma işleminden zarar görmeden çıkması gerekiyor. Fakat malzeme oldukça hassas bir yapıda. IBM bununda üstesinden gelmiş durumda. Şu an beklenen ise IBM'nin ticari olarak grafen transistörleri üretmesi ve elektronik devrelerde yeni bir dönem başlatmasıdır.

► İlginizi Çekebilir : Teknolojide Çığır Açan Buluş |Grafen

Grafen'in Esnekliğinden ve Verimliliğinden Yararlanarak Yeni Güneş Panelleri

Grafen ile geliştirilecek esnek, hafif yeni güneş panelleri yatırımcılar tarafından binaların çatı ve yan yüzeylerini kaplayacak durumda olması hedefleniyor. Görünür, kızılötesi ve ultraviyole gibi ışık dalga boylarına karşı grafen saydamdır ve bu dalga boylarının hemen hemen %2'si ni adsorbe eder.

2008 yılında, USC Viterbi Mühendislik Bölümü'nden bir araştırma grubu, kimyasal buhar biriktirme tekniği ile yüksek saydam grafen filmlerin geniş ölçekte üretimini yapabildiklerini basına bildirmişlerdi. Bu çalışmada, nikel bir plaka üzerine grafit filmlerini metan gazından karbon atomlarını çöktürerek ultra ince grafen düzlemler halinde ürettiler. Bu filmler koruyucu bir termoplastik tabaka ile kaplandı. Bununla birlikte nikel alt taban asit çözeltisi içinde eritildi. Son olarak, plastik korumalı grafene esnek bir polimer düzlem eklediler. Bu düzlem organik fotovoltaik hücre üzerine (OPV) dahil edilebilen bir malzemedir.

Günümüzde yaygınlaşan güneş hücreleri genellikle silikondan veya GaAs'den yapılmaktadır. Ancak bu malzemelerin maliyet açısından bakıldığında pahalı kaldığı söylenebilir. Güneş panelleri için grafen malzemesinin diğer malzemelere göre daha düşük maliyetli seri üretime olanak tanıyacağı konusunda bir çok adım atıldığını görüyoruz. Ancak grafitlerin saydam oluşu ve esnekliği diğer malzemelerden oldukça önde olduğunu gösteriyor.

KAYNAKLAR:

► Azonano.com
► Prweb.com
► Arstechnica
► 03.ibm.com
► Azocleantech.com
► Renewableenergyworld.com
► Treehugger.com
► Eurekalert.org