Grafen, tek bir atom kadar ince, şeffaf ve son derece güçlü maddeye deniyor. Grafende karbon, tek bir karbon atomu kalınlığında altıgenler şeklinde birbirine kenetlenmiş atomlardan oluşuyor ve görünümü bal peteğine benziyor. Grafen tabakaları bir araya geldiğinde grafitiyi oluşturuyor. Grafen olan maddelerden bir diğerinin elmas olduğu biliniyor. İlk defa 2004 yılında Manchester Üniversitesi’nden Andre Geim ve Konstantin Novoselov tarafından karakterize edilen grafen, 2010’da Nobel Fizik Ödülü’nü kazandırdı.
Rice Üniversitesinde yapılan çalışma, 1879 yılında Thomas Edison’un geliştirdiği karbon filamentli ampullerin fark etmeden grafen üretmiş olabileceğini öne sürüyor.
22 yıllık maddeyi Edison nasıl üretebilir?
Grafen üretiminde birkaç yöntem varken en bilinen yöntemlerden biri flaş Joule ısıtma (flash Joule heating). Türbostratik grafen adı verilen grafen türünü üretirken kullanılan yöntemde, dirençli karbon bazlı malzemeye voltaj uygulanıyor. Malzeme, voltajın etkisiyle hızla 2 bin ila 3 bin santigrat dereceye yükseltiliyor.
Araştırmanın baş yazarı Lucas Eddy “Joule ısıtması için kullanılabilecek en küçük, en kolay ekipmanı bulmaya çalışıyordum ve eski ampullerin genellikle karbon bazlı filamentler kullandığını hatırladım.” dedi.
Edison’un tasarladığı ampuller, günümüzde kullanılan ampullerden yapısal olarak farklı. Modern akkor ampuller tungsten filament kullanıyor. Tungsten karbon içermediği için grafen oluşumuna uygun bir ortam sunmuyor. Edison’un erken dönem ampullerinde ise Japon bambusundan elde edilen karbon filamentler bulunuyor. Bu filamentler hem karbon açısından zengin hem de ani atomik yeniden düzenlenmelere açık bir yapı sağlıyor.
Araştırmacılar, Edison dönemine ait K-60 tipi karbon filamentli ampulleri kullandı. Ampuller, 110 voltluk doğru akım kaynağına bağlanarak 20 saniye boyunca ısıtıldı. Uzun ısıtma süreleri grafen yerine grafiti oluşumuna sebep olduğu için süre kısa tutuldu. Filamentlerin ulaştığı sıcaklıklar kızılötesi sensörlerle ölçüldüğünde sıcaklığın 2000 santigrat dereceye çıktığı görüldü.
Ardından Raman spektroskopisiyle yapılan gözlemlerde, filamentlerin bazı bölgelerinde turbostratic grafen oluştuğu görüldü. Raman tekniği, lazer ışığı kullanarak malzemelerin atomik titreşimlerini ölçüyor ve karbonun hangi formda bulunduğunu ayırt etmeyi sağlıyor. Bu grafen türü, katmanlar arasında düzenli bir dizilim göstermese de elektronik özelliklerini tek katman grafen gibi koruyor.
Araştırma, grafenin yalnızca yeni laboratuvar teknikleriyle değil, basit ve düşük maliyetli elektriksel ısıtma yöntemleriyle de üretilebileceğini gösteriyor. Aynı zamanda bilim tarihini boyunca yapılan deneylerin modern araçlarla incelenmesinin, günümüz araştırmalarına katkı sağlayabileceğini gösteriyor.
Kaynak: ACS Nano