Katalog

“Karbon nanotüp mürekkep”ten radyo yapıldı! Eşsiz özelliklere sahip ve canlılar dünyasının varlığını borçlu olduğu karbondan elde edilen nanotüpler, yepyeni uygulamalara kapıları açıyor...Yrd. Doç. Dr. Nihal Sarier (İstanbul Kültür Üniversitesi) P eriyodik çizelgenin 6 numaralı elementi olan karbonun (C) altı elektronundan ikisi, en iç yörüngede biri saat yönünde diğeri saatin tersi yönünde olmak üzere çekirdek etrafında birlikte dönerken, dış yörüngelerde bulunan dört değerlik elektronu, komşu karbon atomlarının veya hidrojen, oksijen, azot gibi küçük atomların değerlik elektronları ile eşleşerek dört kovalent bağ yapabilir. Canlılar dünyası varlığını karbonun bu üstün bağ yapabilme becerisine borçludur. Organik kimya ve biyokimyanın temelini oluşturan karbon, saf halde de eşsiz özelliklere sahip, farklı morfolojiler gösteren bir elementtir. C atomlarının uzay dizilişindeki farklılık, fiziksel özellikleri birbirinden farklı ‘karbonlar’ elde etmemizi mümkün kılar. Bunlara karbonun allotropları denir. Yirminci yüzyılın başında X Işını Kırınım Spektrometre (XRD) yönteminin geliştirilmesinin ardından karbon elementini yakından incelemek mümkün oldu, karbonun ya üç boyutlu tetrahedral ağ yapılı ‘Elmas’ı oluşturduğu, ya da üst üste dizilmiş tabakalardan oluşan iki boyutlu ağ yapılı ‘Grafit’ halinde bulunduğu kanıtlandı. Elmasta her C atomu komşu C atomları ile tekli bağlar yaparak, çok sert ve elektriksel iletkenliği olmayan bir yapı meydana Şekil 1. Karbonun allotropları: Elmas ( solda) getirir. Grafitte C atomları altılı ve Grafit ( sağda) halkalar içinde tek ve çift bağlarla birbirine bağlanır. Elektron yoğunluğunun fazla olması nedeniyle çift bağlar kararlı değildir ve halka içinde sürekli yer değiştirir. Bu da grafite elektriksel iletkenlik özelliği kazandırır. Altılı halkaların elele tutuşarak oluşturduğu tabakalar zayıf fiziksel çekim kuvvetleri ile birbirine tutunduğu için, grafit kolayca tabakalarına ayrılabilen yumuşak bir malzemedir. Yirminci yüzyılın son çeyreğinde SEM (Scanning Electron Microscope) ve TEM (Tunneling Electron Microscope) olarak adlandırılan Elektron Mikroskobi tekniklerinin geliştirilmesi ile birlikte C elementinin kristal yapısı ayrıntılı olarak incelenmeye başladı. 1985’te karbon atomlarının 56, 60 ya da 70 C atomu içeren moleküler yapıda ‘karbon toplar’ oluşturduğu bulunmuş, bu buluş 1996 Nobel Kimya Ödülü’nü aldı. Mimar Buckminster Fuller’in, çok hafif malzemeler kullanarak inşa ettiği mekanik dayanımı yüksek jeodezik çatılara benzetilen karbon molekülleri ‘Buckminster Fulleren’ ya da kısaca ‘Fulleren’ler olarak adlandırıldı. Şekil 2: Karbonun allotropları: Fulleren’ler (a) 60 C atomu içeren, (b) 70 C atomu içeren; Karbon nanotüpler (c) tek duvarlı, (d) çok duvarlı yayımlandı. Bu araştırmada CNT içeren mürekkep geliştirilerek, bu mürekkep ile yazıcılarda kullanılan kağıt üzerine elektriksel iletkenliği olan baskı yapılması başarıldı. Bu çalışmanın ardından, nanotüplerden yararlanarak esnek elektroniklerin üretimine yönelen yeni çalışmalar başladı. CNT mürekkepten radyo üretimi : CNT baskılı elektronik devrelerin geliştirlmesinden sonra, CNT içeren mürekkep kullanarak kâğıt üzerinde bir radyo alıcısı üretilmesi bu yıl içinAnten Bateri (pil) Hoparlör Mürekkep Efiltre 1991’de Japon araştırmacı Dr. Sumio Iijima fulleren üretmeye çalışırken, ürettiği malzemenin TEM incelemesinde yeni bir Karbon yapı elde ettiğini belirlemiş, bu yeni malzemeye ‘Karbon Nano Tüp (CNT)’ adını verdi. CNT, yanal yüzeyi çok ince grafit bir tabaka olan ‘grafen’den, alt ve üst uçları ‘fulleren’ yarım kürelerden oluşan, enine kesiti nanometre ( 109 m) mertebesinde ve boyu mikrometre (106 m) mertebesinde olan, mekanik dayanımı çok yüksek (aynı boyutlarda çeliğin 100 katı), elektriksel iletkenlik (bakır metali mertebesinde) ve termal iletkenlik özelliği gösteren bir malzemedir. Karbonun iki yeni allotropu olan fulleren ve CNT'lerin bulunması ‘Nanoteknoloji’ olarak anılan yeni bir çağın başlangıcını da oluşturdu. CNT mürekkep Mürekkep Adedektör Kâğıt taban Şekil 4: Kâğıt üzerinde radyo: Farklı derişimlerde CNT mürekkep, bir radyo alıcısının bileşenlerinin işlevlerini yerine getirmek üzere kağıda basılarak uygulanıyor. CNT’LERİN UYGULAMA ALANLARI Günümüzde, CNT’lerin farklı yöntemlerle tek duvarlı ya da çok duvarlı olarak üretilebildiğini, yüksek nitelikte bilimsel bilginin üstün özellikli pahalı bir ürüne dönüştüğünü, CNT’ lerin piyasadaki satış fiyatlarının saflık derecesine bağlı olarak gram başına 50 $ ile 500 $ arasında değiştiğini görüyoruz. CNT’ler, nanometre boyutunda yarıiletken aygıtlar, iletken teller, mekanik dayanımı geliştirilmiş elektriksel iletken kompozitler, hafif beton, biyomedikal malzemeler, optik cihazlar, boya üretimi gibi çok farklı alanlarda araştırma amacı ile kullanıldığı gibi, bazı uygulamaları satın aldığımız ürünlere de yansıdı. Örneğin şok soğurma özelliği olan, sağlam ve hafif tenis raketleri CNT içeren polimer kompozitlerden üretilmektedir. Şekil 3: Albert Einstein’ın fotokopi kaCNT Mürekkep : ğıdı üzerine CNT mürekkep ile ba Karbon nanotüplerle ilgisılmış bir görüntüsü. Görüntü elek li başarılı çalışmalardan triksel iletkenliğe sahiptir. (Kaynak: biri Small dergisinin Oulu Üni. K. Kordas ve G. Toth) Ağustos 2005 sayısında de başarıldı. Bir radyo alıcısının bileşenleri olan anten, kanal ayarı yapılabilen bir filtre, detektör, iletken teller ve batarya farklı derişimlerde CNT çözeltileri kulanılarak kâğıt üzerinde hazırlanabildi. Burada yaklaşım basittir, ucuzdur ve farklı uygulamalar için çok elverişlidir. Taban olarak kullanılan kâğıt çok yaygın olarak bulunabilen, esnek ve 3 GHz frekansa kadar elektrik iletkenliği olmayan, gerilim uygulandığında bozulup parçalanmayan, kısaca dielektrik davranış gösteren bir malzemedir. Basılan devrenin ısıtılarak kürlenmesi gerekmez. Su bazlı nanotüp dispersiyon bilinen sıradan yazıcılar kullanılarak kağıt ya da plastik yüzeye basılabilir. Uygulamada, CNT’lerle hazırlanan mürekkepler dışında pahalı hiçbir malzeme yoktur. Araştırma grubu, 100 MHz’e kadar radyo dalgalarını algılayabilen kâğıttan radyo ile kanal ayarı yaparak trafik bilgileri veren bir kanalın yayınını dinlemeyi başardı. CNT’ten kâğıt üzerine basılı olarak geliştirilen radyolar malların etiketlenmesinde, toksik maddeleri algılayan sensör imalatında ve basit bir radyo olarak kullanılabilecektir. Grafit, grafen, fulleren’ler, karbon nanotüpler ve aanoteknoloji ile ilgili araştırmaların en önemli özelliği fizik, kimya, biyoloji, mühendislik, tıp alanlarından bilim insanlarının disiplinlerarası çalışma yapmayı başarabilmiş olmalarıdır. Kaynaklar: K.Kordas, T.Mustonen, G.Toth, H.Jantunen, M.Lajunen (2005). Inkjet printing of electrically conductive patterns of carbon nanotubes.Small 1, 1177–1180. M. Dragoman, E. Flahaut, D. Dragoman, M. Al Ahmad, R. Plana (2009). Writing simple RF electronic devices on paper with carbon nanotube ink. Nanotechnology 20 (37), 52035207. CBT 1197 / 12 26 Şubat 2010