Elektronik cihazlar küçüldükçe ve güçlendikçe, mühendislerin karşılaştığı en büyük sorun değişmiyor: Isı. Geleneksel soğutma malzemeleri (bakır ve alüminyum gibi) artık sınırlarına ulaştı. İşte bu noktada, "mucize malzeme" grafen devreye giriyor. Bakırdan katbekat daha yüksek ısı iletkenliğine sahip olan grafen, termal yönetim sorunlarına kesin çözüm sunuyor.
Ancak piyasada tek bir "grafen" yoktur. Grafen Oksit (GO), İndirgenmiş Grafen Oksit (rGO), Tek Katmanlı CVD Grafen ve Grafen Nanoplateletler (GNP) gibi birçok varyasyon bulunur. Peki, projeniz için hangisi en iyi termal performansı sağlar?
Bu rehberde, ısı iletkenliği (thermal conductivity) uygulamaları için doğru grafen türünü seçmenin püf noktalarını inceliyoruz.
Termal iletkenlik genellikle W/mK (Watt bölü metre Kelvin) birimiyle ölçülür. Rakamlar her şeyi anlatır:
Bakır: 400 W/mK
Alüminyum: 200-230 W/mK
Tek Katmanlı Grafen (Teorik): 5000 W/mK'ye kadar
Grafen, ısıyı fononlar (titreşimler) aracılığıyla iletir. Ancak bu teorik hıza ulaşmak için doğru formu seçmek hayati önem taşır.
Isı transferi uygulamalarında genellikle iki ana kategoriyle karşılaşırız: Yüzey kaplamaları ve Hacimsel kompozitler (dolgu malzemeleri).
Termal macunlar, plastikler ve kompozitler için en uygun fiyat/performans ürünüdür.
Nedir?: Birkaç katman grafenin üst üste yığılmış halidir.
Neden Seçilmeli?: Tek katmanlı grafene göre üretimi daha kolay ve maliyeti düşüktür.
Kullanım Alanı:
Termal Macunlar: İşlemci (CPU) ile soğutucu blok arasına sürülen macunlarda dolgu malzemesi olarak.
İletken Plastikler: Otomotiv parçalarında ısıyı dağıtan plastik üretiminde.
Dikkat Edilmesi Gereken: GNP seçerken geniş çaplı (lateral size) partiküller seçmek, ısının daha uzun bir yol boyunca kesintisiz akmasını sağlar. Küçük parçacıklar daha fazla temas direnci yaratabilir.
Maliyetin ikinci planda olduğu, performansın zirve yapması gereken alanlar içindir.
Nedir?: Bakır folyo üzerine gaz fazında büyütülen, kusursuz tek atom kalınlığında karbon tabakasıdır.
Neden Seçilmeli?: Yatay düzlemde (in-plane) en yüksek ısı iletkenliğini sağlar.
Kullanım Alanı:
Akıllı Telefonlar: Ekran arkası ısı dağıtıcı filmler.
Yüksek Güçlü LED'ler: Isıyı nokta kaynağından hızlıca yaymak için.
Burada büyük bir yanılgı vardır.
Grafen Oksit (GO): Yapısında çok fazla oksijen grubu bulundurduğu için aslında bir yalıtkandır. Isıyı iyi iletmez. Termal uygulamalar için doğrudan kullanılmamalıdır.
İndirgenmiş Grafen Oksit (rGO): GO'nun oksijenden arındırılmış halidir. İletkenliği geri kazanmıştır ancak yapısındaki kusurlar (defects) nedeniyle saf GNP veya CVD grafen kadar yüksek termal performans göstermeyebilir.
Bir grafen tedarikçisinden ürün alırken şu teknik özelliklere dikkat etmelisiniz:
Katman Sayısı (Layer Number): Katman sayısı arttıkça (grafite yaklaştıkça), malzemenin dikey yöndeki ısı iletkenliği değişir. İnce GNP'ler (1-10 katman) genellikle daha iyi performans verir.
Kusur Yoğunluğu (Defect Density): Isıyı taşıyan fononlar, malzemenin içindeki kusurlara çarparak yavaşlar. Düşük kusurlu (Low defect) grafen, ısıyı otoyoldaki bir yarış arabası gibi hızla taşır.
Yanal Boyut (Lateral Size): Daha geniş plakalar (örneğin 5-10 mikron ve üzeri), elektronların ve fononların daha az "sıçrama" yapmasını gerektirir, bu da iletkenliği artırır.
| Uygulama | Önerilen Grafen Türü | Neden? |
| Termal Macun / Gres | Grafen Nanoplatelet (GNP) | Karıştırması kolay, maliyeti uygun, yüksek temas yüzeyi. |
| Elektronik Film Kaplama | CVD Grafen veya Grafen Kağıdı | Yüzey boyunca (yatay) mükemmel ısı yayılımı. |
| 3D Yazıcı Filamentleri | GNP (Düşük Katmanlı) | Polimer matris içinde homojen dağılım. |
| Piller (Isı Yönetimi) | GNP veya iletken karbon katkılı hibritler | Güvenlik ve ısı tahliyesi dengesi. |
Termal iletkenlik projelerinizde grafen kullanmak, ürününüzü rakiplerinizin önüne geçirecek bir adımdır. Ancak "herhangi bir siyah toz" işinizi görmez.
Kompozitler ve macunlar için GNP,
Hassas elektronik filmler için CVD Grafen tercih edilmelidir.
