Bilindiği üzere, karbon atomu çeşitli formlara sahip. Elmas, grafit ve son yıllarda keşfedilen ve özellikle elektronik ve yüksek teknolojik uygulamalar için umut vadeden grafen. Grafenin yapısında her bir karbon atomu birbirine komşu üç karbon atomuna bağlanarak altıgen (bal peteği) bir yapı oluşturur. Teorik çalışmalar karbon atomunun farklı ağ yapılarında bir araya gelebileceğini ortaya koymuştur. Bununla birlikte hiçbir çalışma bu yapıların var olduğunu deneysel olarak ortaya koyamamıştı. Ta ki yeni bir karbon allotropunun keşfedildiğinin açıklandığı bir çalışmaya kadar!
Science dergisinde yayınlanan makaleye göre, Marburg (Almanya) ve Aalto (Finlandinya) Üniversitesi’ndeki araştırmacılar yeni bir karbon yapısını keşfettiklerini duyurdu: Bifenilen (Biphenylene). Bu allotrop atomik boyutlarda grafen kadar ince ve kare, altıgen ve sekizgen geometrilerini oluşturacak şekilde düzgün bir kafes yapısına sahip. Yüksek çözünürlüklü taramalı prob mikroskopu altında incelenen bu yeni allotrop yapısı; grafen ve karbonun diğer formlarının aksine, metalik özellikler göstermekte. Böylece nanoboyutta farklı karakteristiklere sahip yeni karbon malzemelerinin tasarımına ve üretimine imkan vermekte.
Potansiyel Uygulamalar
Grafen bu boyutlarda yarıiletken özellikler göstermektedir. Araştırmacılar sadece 21 atom genişliğine sahip bifenilen ağ yapısındaki dar şeritlerin bir metal gibi davrandığını söylüyor. Marburg Üniversitesi’nden ekibin lideri Profesör Michael Gottfried bu yapının önemini şu şekilde belirtiyor. “Bu şeritler gelecekteki karbon-temelli elektronik cihazlarda iletken teller olarak kullanılabilir.” Marburg Üniversitesi’nden makalenin baş yazarı Qitang Fan ise çalışmanın önemini şu sözlerle vurguluyor. “Bu yeni karbon ağ yapısı, lityum iyon pillerde, mevcut grafen bazlı malzemelere kıyasla daha büyük bir lityum depolama kapasitesine sahip üstün bir anot malzemesi olarak da kullanılabilir.”
Nasıl Elde Edildi?
Aalto Üniversitesi’ndeki Profesör Peter Liljeroth başkanlığındaki grup, yüksek çözünürlüklü mikroskop altında malzemenin içyapısını görüntüledi. Profesör Adam Foster liderliğindeki araştırmacılar ise malzemenin elektriksel özelliklerini anlamak için bilgisayar simülasyonları ve analizleri kullandı.
Ekibine açıklamalarına göre yeni malzeme, karbon içeren moleküllerin son derece pürüzsüz bir altın yüzey üzerinde birleştirilmesiyle elde edildi. Bu moleküller ilk önce birbirine bağlı altıgenlerden oluşan zincir yapılarını meydana getirir. Sonraki bir reaksiyon, bu zincirleri birbirine bağlayarak kareler ve sekizgenler oluşturur. Zincirlerin önemli bir özelliği kiral olmalarıdır. Diğer bir ifade ile, sol ve sağ el gibi ayna hayali ile çakışmayan yapılardır. Altın yüzeyde sadece aynı tipteki zincirler birleşerek düzgün sıralı yapıları oluşturur. Bu, yeni bir karbon malzemesinin oluşumu için kritiktir, çünkü iki farklı zincir türü arasındaki reaksiyon yalnızca grafenin oluşmasına neden olur. Aalto Üniversitesi’nde yüksek çözünürlüklü mikroskop çalışmalarını gerçekleştiren Linghao Yan, bu durumu şöyle ifade ediyor. “Burada ortaya koyduğumuz yeni fikir, grafen yerine bifenilen elde etmek için hassas olarak ayarlanmış moleküler öncüller (prekürsör) kullanmak.”
Gelecekte Bizi Ne Bekliyor?
Ekipler şu anda daha büyük ölçekte malzeme tabakaları üretmek için çalışıyor. Profesör Liljeroth, bu yeni keşfedilen malzemenin potansiyel uygulamalarına yönelik olarak düşüncesini şu şekilde dile getiriyor. “Bu yeni sentez yönteminin diğer yeni karbon ağlarının keşfedilmesine yol açacağından eminiz.” Şu anda oldukça yeni bir keşif olan bifenilen karbon allotropuna yönelik ilerleyen zamanlarda yapılacak çalışmaların sonucunda, malzemenin çok daha farklı ve yeni özellikleri ortaya çıkartılarak potansiyel kullanım alanları da daha açık bir şekilde belirlenmiş olacaktır.
- KAYNAKÇA:
- www.aalto.fi/en/news/a-new-form-of-carbon
- www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=58059.php
- Q.T. Fan, L.H. Yan, M.W. Tripp, O. Krejči, S. Dimosthenous, S.R. Kachel, M.Y. Chen, A.S. Foster, U. Koert, P. Liljeroth, J.M. Gottfried, Biphenylene Network: A Nonbenzenoid Carbon Allotrope, Science, 372, (2021).
