"Mucize malzeme" olarak adlandırılan Grafen, tek atom kalınlığındaki karbon atomlarının bal peteği örgüsüyle dizilmesiyle oluşur. Ancak ticari ve endüstriyel uygulamalarda "grafen" tek bir ürün değil, boyutlarına ve katman sayılarına göre değişen geniş bir malzeme ailesidir. Bir Ar-Ge mühendisi veya üretici olarak doğru grafeni seçmek; levha boyutu (lateral size), kalınlık (katman sayısı) ve iletkenlik arasındaki ilişkiyi anlamaktan geçer.
Bu yazımızda, grafen levha boyutlarının ve türlerinin elektriksel performansı nasıl etkilediğini inceliyoruz.
Grafen genellikle iki ana formda bulunur: Grafen Tozu (Nanoplatelets) ve CVD (Chemical Vapor Deposition) Film.
Grafenin yanal boyutu, elektronların malzeme üzerinde ne kadar kesintisiz hareket edebileceğini belirler.
Küçük Boyutlu Levhalar (< 1 mikron): Genellikle iletken mürekkeplerde ve biyosensörlerde kullanılır. Yüzey alanı çok yüksektir ancak çok fazla "sınır" (grain boundary) olduğu için elektriksel iletkenlik, büyük levhalara göre daha düşüktür.
Büyük Boyutlu Levhalar (5-50 mikron ve üzeri): Kompozit malzemelerde mekanik güçlendirme ve ısı yayılımı için idealdir. Boyut büyüdükçe elektronların karşılaşacağı engel azalır.
İletkenlik değerleri, malzemenin kaç katman karbon atomundan oluştuğuna doğrudan bağlıdır.
Tek Katmanlı Grafen (Single Layer - SLG): Teorik olarak en yüksek iletkenliğe sahiptir. Kalınlığı yaklaşık 0.34 nanometredir (nm). Şeffaftır (%97.7 ışık geçirgenliği).
Az Katmanlı Grafen (Few Layer - FLG): Genellikle 2 ila 10 katman arasındadır. Mekanik olarak daha dayanıklıdır ancak şeffaflık azalır.
Çok Katmanlı Grafen (Multi Layer - MLG): 10 katman ve üzeridir. Maliyeti daha düşüktür ve genellikle endüstriyel katkı maddesi olarak kullanılır.
Grafen satın alırken karşılaşacağınız en önemli terim Kare Direnci (Sheet Resistance - Ohm/sq) ve Hacimsel İletkenliktir (S/m).
Mükemmel bir grafen levhasının elektron mobilitesi 200.000 cm²/Vs değerine ulaşabilir. Ancak ticari ürünlerde şu değerler standart kabul edilir:
CVD Grafen Filmler: Genellikle şeffaf iletkenler için kullanılır. Kare direnci 300 ila 1000 Ohm/sq arasında değişir. Katman sayısı arttıkça (doping yapıldığında) direnç düşer.
Grafen Tozları (Preslenmiş): İletkenlik genellikle 1000 - 2000 S/m (Siemens/metre) civarındadır. Ancak yüksek kaliteli, az kusurlu grafenlerde bu değer 80.000 S/m seviyelerine kadar çıkabilir.
Grafen, bakırdan çok daha iyi bir ısı iletkenidir.
Tek katmanlı askıda duran grafenin termal iletkenliği 3000-5000 W/mK civarındadır.
Ticari toz formunda bu değer, malzemenin saflığına bağlı olarak 600-1000 W/mK arasında değişir. Bu değer bile standart bakırın (400 W/mK) üzerindedir.
Doğru seçim uygulamanıza bağlıdır:
Dokunmatik Ekranlar ve Güneş Panelleri: Düşük kare direnci ve yüksek şeffaflık gerektiği için CVD Yöntemiyle üretilmiş Tek Katmanlı Grafen (genellikle bakır folyo veya PET üzerinde) seçilmelidir.
Piller ve Süperkapasitörler: Yüzey alanı (BET) ve elektriksel iletkenlik dengesi için Az Katmanlı Grafen Tozu tercih edilmelidir.
İletken Boyalar ve Kaplamalar: Maliyet etkinliği açısından Çok Katmanlı Grafen (GNP) idealdir.
Grafen, boyut ve iletkenlik parametreleri doğru optimize edildiğinde projelerinize çağ atlatacak bir malzemedir. İhtiyacınız olan levha boyutu (mikron) ve saflık derecesi (%99+) hakkında teknik destek almak için uzman ekibimizle iletişime geçebilirsiniz.
