Nottingham Üniversitesi Kimya Fakültesi, Warwick Üniversitesi ve Diamond Light Source’tan araştırmacılar, grafen benzeri filmler üretmek için tek adımlı yeni bir yaklaşım geliştirdi. Ekip, yapısında düzensiz beş-yedi halkaları doğal olarak barındıran Azupyrene molekülünü başlangıç yapıtaşı olarak seçti; böylece büyüme sırasında hedeflenen topolojik kusurların yüksek oranda ve kontrollü şekilde oluşması sağlandı. Çalışmanın Chemical Science’ta yayımlanan bulguları, ‘kusur = sorun’ algısını tersyüz ederek kusurları grafene bilinçli işlevsellik kazandırmanın aracı olarak konumlandırıyor.
HEDEFLİ MALZEME TASARIMI
Nottingham’dan Doç. David Duncan, grafenin olağanüstü mekanik ve elektriksel niteliklerine karşın ‘mükemmel’ yapısının kimi zaman fazla inert kaldığını, bu yüzden diğer malzemelerle zayıf etkileştiğini ve kritik yarı iletken özelliklerinden yoksun olabildiğini belirtti. Ekip, kusurların grafeni daha ‘yapışkan’ hale getirerek katalizde kullanışlı kıldığını, gaz algılama yeteneklerini güçlendirdiğini, ayrıca elektronik ve manyetik nitelikleri uygulamaya göre ince ayara olanak tanıdığını ortaya koydu. Büyüme sıcaklığının hassas ayarıyla nihai malzemedeki kusur yoğunluğu da ayarlandı.
ATOMİK DÜZEY ANALİZ
Geliştirilen filmler, Diamond Light Source (İngiltere) ve MAX IV (İsveç) tesislerinde ileri mikroskopi ve spektroskopi teknikleriyle, ayrıca Birleşik Krallık’ın ulusal süper bilgisayarı ARCHER2 üzerinde yürütülen hesaplamalı simülasyonlarla incelendi. Böylece kusurların atomik mimarisi doğrulandı; bu kusurların grafenin kimyasal ve elektronik davranışlarını nasıl dönüştürdüğü gösterildi. Warwick Üniversitesi’nden Prof. Reinhard Maurer, başlangıç molekülü ile büyüme koşullarının dikkatle seçilmesi sayesinde kusurların kontrollü biçimde eklenebildiğini; atomik görüntüleme, spektroskopi ve hesaplamanın birlikte kullanılmasıyla kusur izlerinin ayrıntılandırıldığını vurguladı. Diamond Light Source’dan Dr. Tien-Lin Lee, çok kurumlu iş birliğinin, tek bir teknikle mümkün olmayan mekanizmayı aydınlattığını ifade etti.
TAŞIMA VE ENTEGRASYON
Manchester Grafen Enstitüsü’ndeki çalışmalar, kusurlu grafen filmlerinin kusur mimarisini bozmadan farklı yüzeylere aktarılabildiğini gösterdi. Bu, malzemenin sensör, batarya ve elektronik cihazlar gibi pratik uygulamalara entegrasyonunun önünü açan kritik bir adım olarak değerlendiriliyor. Bilhassa beş-yedi halkalı topoloji, grafenin yüzey etkileşimini ve şarj taşıma karakterini istenen doğrultuda modüle ederek, enerji depolama arayüzlerinden gaz seçici algılama katmanlarına, spintronik ve yarı iletken bileşenlerine kadar geniş bir yelpazede ayar-temelli tasarımlara kapı aralıyor.
UYGULAMAYA DOĞRU
Ekip, kusur mühendisliğinin ölçeklenebilir süreçlerle birleştirilmesi halinde, endüstriyel sensör ağlarından yüksek kapasiteli pillerin elektrot arayüzlerine, hetero-eklem elektroniklere ve katalitik platformlara uzanan geniş bir sahada performans artışı sağlayacağını değerlendiriyor. Çalışmanın bir sonraki aşaması, kusurlu grafenin seri üretim koşullarında tutarlı kalite ve ayarlanabilir kusur yoğunluğu ile üretimini ve cihaz düzeyi performans doğrulamalarını kapsayacak.
