Malzeme biliminde "hafiflik" ve "dayanıklılık" denildiğinde akla gelen ilk isim yıllardır Karbon Fiber oldu. Formula 1 araçlarından uçak gövdelerine kadar modern mühendisliğin yapı taşı olan bu malzeme, tahtını uzun süre kimseye kaptırmadı. Ancak nanoteknoloji devrimiyle birlikte sahneye yeni ve çok daha iddialı bir oyuncu çıktı: Grafen.
Çelikten 200 kat daha güçlü olduğu söylenen bu "mucize malzeme", karbon fiberin en büyük rakibi mi, yoksa en yakın dostu mu? Bir üretici veya mühendis olarak hangisini seçmelisiniz?
Bu yazımızda, endüstrinin iki devini; Karbon Fiber ve Grafen'i teknik özellikleri, maliyetleri ve gelecekteki rolleri açısından kozlarını paylaştırıyoruz.
Karbon fiber, karbon atomlarının uzun zincirler halinde birbirine bağlandığı, saç telinden daha ince iplikçiklerdir. Bu iplikçikler bir araya getirilip örülür ve genellikle bir reçine (epoksi) ile birleştirilerek kompozit malzeme haline getirilir.
Özellikleri:
Çelikten 5 kat daha hafif, 10 kat daha güçlüdür.
Yüksek ısıl dirence sahiptir.
Endüstriyel olarak üretimi ve işlenmesi oturmuş bir teknolojidir.
Grafen de karbondan oluşur ancak yapısı tamamen farklıdır. Karbon atomlarının altıgen (bal peteği) şeklinde dizildiği, tek atom kalınlığında iki boyutlu (2D) bir tabakadır.
Özellikleri:
Teorik olarak dünyadaki en sağlam malzemedir (Çelikten 200 kat güçlü).
En iyi iletkendir (Bakırdan daha iyi).
Esnektir; %20 oranında uzayabilir.
Şeffaftır.
Bu iki malzemeyi kafa kafaya kıyasladığımızda sonuçlar şaşırtıcı olabilir:
Grafen: Yaklaşık 130 GPa (Gigapascal) çekme dayanımına sahiptir. Bu, bilinen evrendeki en yüksek değerdir.
Karbon Fiber: Türüne göre 3.5 ile 7 GPa arasında değişir.
Kazanan: Kağıt üzerinde tartışmasız Grafen.
Grafen: 1 metrekarelik bir grafen tabakası sadece 0.77 miligram ağırlığındadır. Neredeyse ağırlıksızdır.
Karbon Fiber: Hafiftir ancak grafenle kıyaslandığında "ağır" kalır.
Kazanan: Grafen.
İşte işin renginin değiştiği nokta burasıdır.
Karbon Fiber: Bir araba kaputunu veya bisiklet gövdesini karbon fiberden kolayca üretebilirsiniz. Makro boyutta bir malzemedir.
Grafen: Nano boyuttadır. Tek başına bir araba kaputunu "saf grafen"den yapmak (henüz) mümkün değildir. Grafen şu an için genellikle bir katkı maddesi olarak kullanılır.
Kazanan: Karbon Fiber (Şimdilik).
Endüstrideki son trendler, bu iki malzemenin birbirinin rakibi değil, tamamlayıcısı olduğunu gösteriyor. "Grafen Takviyeli Karbon Fiber" kompozitleri, geleceğin teknolojisidir.
Epoksi reçinesine çok az miktarda grafen eklendiğinde, karbon fiber kompozitin özellikleri dramatik şekilde iyileşir:
Daha Güçlü: Matris yapısı güçlenir, çatlak oluşumu engellenir.
Daha Hafif: Daha az karbon fiber katmanı ile aynı dayanıklılık elde edilir.
İletkenlik: Normalde yalıtkan olan epoksi, grafen sayesinde iletken hale gelir (Yıldırım koruması ve sensörler için kritik).
Eğer "Dünyanın en güçlü malzemesi hangisi?" diye sorarsanız cevap Grafen'dir. Ancak "Bugün fabrikamda hangisini ana yapı malzemesi olarak kullanabilirim?" derseniz cevap Karbon Fiber'dir.
Ancak en akıllıca cevap şudur: İkisini birlikte kullanmak. Grafen, karbon fiberin limitlerini zorlamasını sağlayan gizli bir güçtür. Üretim süreçlerinize nano malzemeleri entegre etmek, rakiplerinizin önüne geçmenizi sağlayacak o ekstra gücü size verecektir.
