Grafen üretimi genç ve gelecek vaat eden bir endüstridir. Oldukça genç çünkü grafen oldukça yakın zamanda keşfedildi; yalnızca on beş ila on altı yıl önce. Ve grafenin ilginç ve bir bakıma benzersiz özellikleri nedeniyle umut verici.

Grafen nedir ve neden ilginçtir?

İki boyutlu kristal örgüye sahip malzemelerin var olmadığı uzun süredir genel olarak kabul ediliyor. Ancak 2000’li yılların başında İngiliz fizikçiler Geim ve Novoselov, sonunda grafen adı verilen iki boyutlu bir kristalin keşfedilmesiyle sonuçlanan deneylere başladılar. Grafen kafesi, altıgen bir yapı şeklinde düzlemde düzenlenmiş karbon atomlarından oluşur. Desen dışa doğru birbirine bağlı altıgenlere benziyor.

Grafen grafitten elde edilir. En basit durumda, malzemeyi üretmek için yapışkan yüzeyin grafite uygulandığı ve daha sonra çıkarıldığı bir bant kullanılabilir. Bant yüzeyinde küçük grafit parçacıkları kalır. Bundan sonra bant ikiye katlanır ve farklı yönlere gerilir. Sonuç olarak, kalan grafit parçacıkları incelir ve 10-15 tekrarlı germe işleminden sonra zaten grafen olarak işlev görürler.

Grafen neden ilginç? Her şeyden önce çok hafif ama çok güçlü bir malzemedir. Grafenin mukavemeti çeliğinkinden 200 kat daha fazladır. Diğer kristallerde mümkün olmayan %20 oranında esneyebilmektedir. Ayrıca grafen, iyi elektriksel iletkenlik, kimyasal inertlik ve olağanüstü incelik ile karakterize edilir. İnanması zor ama bu malzemenin sadece birkaç gramı bir futbol sahasını tamamen kaplamaya yetiyor. Listelenen tüm özellikler, grafenin çeşitli endüstrilerde kullanılması için mükemmel fırsatlar yaratmaktadır:

• Transmisyon elektron mikroskobu. Grafen, nesneleri ve örnekleri incelemek için bir substrat olarak kullanılır.
• Güneş enerjisi. Grafen, güneş pilleri için şeffaf iletken kaplamaların üretiminde kullanılır.
• Elektronik. Daha yüksek amplifikasyon faktörüne sahip grafen alan etkili transistörlerin yanı sıra entegre devreler de bilinmektedir.
• Ekoloji. Grafen atomları, örneğin bentonit killeriyle karşılaştırıldığında radyoaktif elementlerin atomlarıyla daha aktif bir şekilde etkileşime girer.
• Ölçme ekipmanı. Grafen, gerinim sensörlerinin üretiminde kullanılmaktadır.
• Yağlayıcılar. Grafen, yağlayıcı greslere katkı maddesi görevi görür ve özelliklerini geliştirir.

Ancak şu anda grafenin yaygın kullanımı, üretiminin pahalı olması nedeniyle kısıtlanmaktadır. Grafenin üretimi neden pahalı? Cevabı bir sonraki bölümde bulacaksınız.

Grafen üretimi – teknoloji örneği

Grafen üretiminin çeşitli yöntemleri araştırılmaktadır. Genel bir bakış için bu makalede, yine de çok açıklayıcı olan yalnızca bir yaklaşımı tartışacağız.

Bu nedenle, grafen elde etmek için birkaç ardışık aşamanın tamamlanması gerekir:

• Bir süspansiyon elde edilene kadar grafiti bir çözücü içinde dağıtın.
• Elde edilen süspansiyonu bir kolloid değirmeninde işleyin.
• Süspansiyonun santrifüjünü gerçekleştirin.
• Vakumlu filtreleme ve kurutma gerçekleştirin.

Grafen ancak dördüncü aşamanın tamamlanmasıyla elde edilir. Gördüğünüz gibi, grafen üretimi birden fazla aşamadan oluşuyor ve kimyasalların kullanımı, malzemenin elde edilme maliyetini önemli ölçüde artırıyor. Grafenin maliyetini azaltmak için, kimyasal madde kullanılmayan ve üretim aşamalarının azaltıldığı seçeneklerin aranması gerektiği sezgisel olarak açıktır. AVSp-150 vorteks katman cihazı bu soruna çözüm olabilir.

AVSp-150 vorteks katman cihazı nasıl çalışır?

Tipik bir girdap katmanı cihazı, bir indüktörden, manyetik olmayan malzemeden yapılmış bir çalışma odasından ve çalışma odasına yerleştirilen ferromanyetik parçacıklardan oluşur (Şekil 1).

Şekil 1 – Ferromanyetik parçacıklardan oluşan bir girdap katmanına sahip cihaz: 1 – koruyucu burç; 2 – dönen elektromanyetik alanın indüktörü; 3 – indüktör mahfazası; 4 – manyetik olmayan malzemeden yapılmış çalışma odası; 5 – ferromanyetik parçacıklar

İndüktör sargısına voltaj uygulanmasının bir sonucu olarak, çalışma odasında dönen bir elektromanyetik alan indüklenir ve ferromanyetik parçacıkları yakalar. Parçacıklar karmaşık yörüngeler boyunca hareket eder ve sürekli olarak birbirleriyle, işlenmiş malzemeyle ve çalışma odası duvarlarıyla çarpışır. Bu nedenle, her bir ferromanyetik parçacığın hareket yörüngesi karmaşıktır ve bu yörüngelerin birleşimi bir girdap katmanı oluşturur. Bu durumda girdap tabakasında çeşitli faktörler ortaya çıkıp işlenen malzemeyi etkilemektedir. En önemli faktörler şunları içerir:

• ferromanyetik parçacıkların işlenmiş malzeme üzerindeki doğrudan etki etkisi;
• elektromanyetik alan;
• ultrasonik titreşimler;
• kavitasyon (maddeyi sıvı bir ortamda, örneğin su içinde işlerken);
• yüksek yerel basınçlar vb.

İşlenen malzemeler yukarıda belirtilen faktörlere kümülatif olarak maruz kaldığında öğütülür, karıştırılır ve yeni özellikler kazanır. Şimdi bir vorteks katman cihazının grafen üretimi için nasıl kullanılabileceğine bir göz atalım.

Şekil 2 – AVSp-150 girdap katmanı cihazı

Girdap katman cihazı kullanarak grafen üretimi

Grafen üretimi için dört yerine sadece iki aşamanın tamamlanması öneriliyor. İlk aşamada doğal grafit 1 mm fraksiyon büyüklüğüne kadar öğütülmelidir. Bu amaçla sıradan endüstriyel değirmenler kullanılabilir. İkinci aşamada ön öğütülmüş grafit makinenin çalışma odasına yerleştirilir. AVSp-150 girdap katmanı cihazı. Bu cihaz modelinin özelliği, ameliyat odasının yatay yerleşimi ve sürekli uzunlamasına ilerleyen hareketidir. Bu hareket nedeniyle, grafit ilave olarak karıştırılır ve çalışma odasının hacmine dağıtılır, bu da girdap tabakası etkisini daha da artırır. AVSp-150’de işleme 5–10 ila 30 dakika sürer. Çıkışta bitmiş nano boyutlu grafen elde ediyoruz (Şekil 3).

Şekil 3 – AVSp-150 girdap katman cihazı aracılığıyla elde edilen grafen

Girdap katman cihazı kullanan grafen üretim teknolojisinin avantajları

Girdap katmanlı cihazlar kullanılarak grafen üretimi aşağıdaki avantajlara sahiptir:

• işlemde katalizör veya kimyasal madde kullanımına gerek yoktur;
• Grafen üretim aşamalarının sayısının azalması, sürecin zaman açısından hızlandırılması;
• bir girdap katmanlı cihazda grafen üretimi için çeşitli tiplerdeki grafit (yoğun kristalli, kristalli, kriptokristalli) kullanılabilir;
• Grafen üretiminin maliyeti azaldı.

Daha fazla bilgi için lütfen web sitesinin ilgili bölümündeki iletişim bilgilerini kullanarak teknik uzmanlarımızla iletişime geçin.