Grafen Nedir?

Grafen karbon atomlarının altıgen biçimde şekillenmesi ve bir araya gelmesi ile oluşan iki boyutlu yapıya sahip malzemedir. Grafen yüksek oda sıcaklık hareketliliği, yüksek ısı iletkenliği gibi fiziksel özelliklerinden dolayı sensörlerde bunun yanı sıra yarı iletkenler ve enerji depolama cihazlarında potansiyel olarak uygulanabilir bir malzemedir ve hem akademik hem de endüstri alanında dikkat çekmiştir.

Grafenin bulunuş yöntemi olan yapışkan bant ile ayırma yöntemi tek katmanlı veya az katmanlı grafen eldesi için pratik bir yöntem değildir. Bu yöntem sadece grafenin ölçeklendirilmesine olanak sağlar. Kimyasal buhar biriktirme yöntemi (CVD),büyük boyutlu tek kristalli ve tek tabakalı grafen ve çift tabakalı grafenin tek tip filminin sentezlenmesi için uygunluğu araştırılmıştır. Araştırmalar sonucunda CVD yöntemi ile hızlı ucuz ve ölçeklendirilebilir grafen üretilebileceği görülmüştür. Bunun yanı sıra yapılan grafen sentezi deneylerinde, grafenin tohumdan büyümesinin çok daha kolay olduğu bulunmuştur.

Kimyasal Buhar Biriktirme İşlemi (CVD)

CVD işlemi temel olarak gaz halinde tepkimelerin bir alt katman üzerine biriktirilmesi için bir yöntemdir. CVD’de, önceden şartlandırılmış grafen (yani, karbon nanotüp, elmas), yüksek sıcaklıklarda ve basınçlarda kimyasalları bombalamak suretiyle ölçeklendirilir. “Tohum” (yani minik gerçek elmas parçaları) kimyasalların bombardımanı için hazırlanmıştır. Daha sonra, yüksek ısı ve basınç uygulanır ve tohum üzerine karbon atomları (genellikle metan, CH4) içeren kimyasal buhar birikintisi püskürtülür. Bir süre sonra (birkaç gün), büyümüş grafen yapısı elde edilir.

CVD sürecinde göz önünde bulundurulması gereken birkaç durum vardır. Katalitik bir alt katman üzerindeki grafenin çekirdeklenme ve büyüme mekanizması, büyük alanların ve katman sayısının oluşumunda temel rol oynar. Geçiş metalleri, alaşımlar ve sıvı metaller, tek tabakalı ve çift tabakalı grafenin büyümesi için katalizör olarak kullanılır. Katı katalizör ile alt katmanın yüzey bileşimi grafenin büyümesinde kritik bir rol oynar. Termodinamik ve kinetik parametreler, basınç ve sıcaklık grafen büyümesinde temel faktörler olduğu için çok önemlidir. Aşağıdaki figürde CVD yöntemi gösterilmiştir.

Sonuç olarak, CVD grafen üretiminin hızlı ve uygun maliyetli bir yoludur. CVD sayesinde, yüksek kaliteli grafen üretilebilir; transistörlerin ve fotovoltaik hücrelerin oluşturulması gibi elektronik uygulamalarda kullanılabilir. Gelecekte, CVD grafen sentezinin en çok tercih edilen yöntemi olacaktır.