Olağanüstü gücü, inceliği ve yüksek iletkenliği ile ‘mucize malzeme’ olarak adlandırılan grafen, laboratuvar ortamından çıkıp sanayi ölçeğinde üretime geçmekte zorlanıyordu. Bunun temel nedeni, malzemenin sıvılar veya plastikler içinde homojen bir şekilde dağılmak yerine topaklanması ve bu sorunu çözmek için kullanılan yöntemlerin grafenin iletkenliğini bozmasıydı.
Ancak yeni bir çalışma, bu ödünleşmenin (trade-off) artık zorunlu olmadığını kanıtladı. Araştırmacılar, grafeni hem elektriksel olarak aktif tutan hem de işlenmesini kolaylaştıran, düşük maliyetli ve çevre dostu bir teknik geliştirdi.
MEKANİK KUVVET VE AMİNO ASİT FORMÜLÜ
Geleneksel yöntemler genellikle 760°C'yi aşan yüksek sıcaklıklar veya hidrazin gibi tehlikeli kimyasallar gerektirirken, Monash Üniversitesi ekibi ‘mekanokimya’ yöntemini benimsedi. Isı veya çözücüler yerine, kimyasal reaksiyonların fiziksel etkilerle yönlendirildiği bu süreçte, grafit pulları potasyum hidroksit ve canlılarda bulunan basit bir amino asit olan "glisin" ile karıştırıldı.
Dönen bir gezegen tipi bilyalı değirmende, oda sıcaklığında ve normal atmosfer basıncında gerçekleştirilen işlemde, grafit ince grafen tabakalarına ayrılırken, glisin aktive edilerek yapıya entegre edildi.
YÜZDE 80 VERİM, YÜZDE 100 ÇEVRECİ
Çalışmanın sonuçlarına göre, bu tek aşamalı işlemle elde edilen grafen, katı hal işleme yöntemleri için alışılmadık derecede yüksek olan yüzde 80'lik bir verime ulaştı. Üretilen azot katkılı grafen, saf grafitin iletkenliğinin yaklaşık üçte birini (1170 S/m) korurken; su, etanol ve çeşitli endüstriyel çözücülerde bir aya kadar bozulmadan dağılabilme özelliği kazandı.
Çevresel performans açısından da dikkat çeken yöntem, atık üretimini ifade eden ‘E faktörü’nde 88 puan aldı. Bu değer, melamin bazlı yöntemlerin (E faktörü yaklaşık 135) ve binlerce birim atık üreten ıslak öğütme tekniklerinin çok altında kalarak sürdürülebilir üretim standartlarını karşıladı.
PLASTİK SEKTÖRÜNDE MUKAVEMET ARTIŞI
Araştırma ekibi, elde edilen bu ‘temiz grafenin’ endüstriyel potansiyelini test etmek için geri dönüştürülebilir bir plastik türü olan vitrimerlerde denemeler yaptı.
Sonuçlar, malzemenin sanayi için ne denli büyük bir fırsat sunduğunu ortaya koydu: Plastiğe ağırlıkça sadece yüzde 1 oranından daha az grafen eklendiğinde dahi, malzemenin çekme dayanımı yüzde 73 oranında arttı ve bozunma sıcaklığı 11°C yükseldi. Bu gelişme, kaplama, mürekkep ve kompozit malzeme üreticileri için yeni bir dönemin kapısını aralıyor.
