Grafen, sp2-hibridize karbon atomlarının düz
tek-atomlu-kalın heksagonal kafes, iki boyutlu karbon şeklidir.
Grafen, bulk (kütle)l kristalden ayrılmış grafitin tek bir
atomik düzlemi olarak temsil edilebilir; köşelerinde karbon atomları bulunan düz
altıgen bir şebekedir (grid). Her karbonun üç komşusu vardır; karbonun dört valens
elektronundan üçü komşuları ile bağlar kurmak için kullanılır. Dördüncü
elektron, grafen levhanın (elektronik özelliklerini belirleyen) p-sistemini oluşturmaya katılır.
Grafene olan ilgi elektronik özelliklerinden
kaynaklanmaktadır. Böylece, özellikleri, yalnızca substrat ve çevre tarafından
çok az etkilenen elektronların ballistic (yani, pratik olarak saçılma olmadan)
taşınmasını sağlar. Grafenin bant yapısının özellikleri, Dirac denklemi ile
tanımlanan kuasirelativistik davranış gösteren sıfır etkili kütleli
elektronların ve boşlukların varlığını açıklar. Ek olarak, anormal kuantum Hall
efekti oda sıcaklığında bile grafende gözlemlenir. Araştırmalar, grafenin
spintronik için umut verici bir malzeme olduğunu göstermiştir.
Grafenin özellikleri kimyasal modifikasyon ile
değiştirilebilir. En yüksek reaktivite, grafen fragmanlarının kenarlarında
görülmekle birlikte, tüm fragmanın tam veya kısmi işlevselleştirilmesi de
sağlanabilir. Örneğin, grafen grafana hidrojenlenebilir.
Sadece birkaç yıl içinde, oda sıcaklığında balistik
taşınımlı alan etkili transistörler, yüksek hassasiyetli gaz dedektörleri,
grafen tek elektronlu transistörler, sıvı kristal ekranlar ve şeffaf bir
iletken tabaka olarak grafenli güneş pilleri, spin transistörler gibi grafen
bazlı cihazlar yapılmıştır.
Grafan, hidrojenlenmiş
grafendir.
Grafene hidrojen
ilavesi, orijinal düz monoatomik grafit tabakasının deformasyonuna neden olur,
çünkü ortaya çıkan latisteki tüm karbon atomları hibridleşmesini düz sp2'den
tetrahedral sp3'e değiştirir. Bu modifikasyon, iletken grafiti dielektrik
grafana dönüştürür. Böyle bir yapının teorik ihtimali J. O. Sofo [1,2] tarafından
kanıtlanmıştır; ilk grafa numuneleri deneysel olarak 2009'da Chernogolovka ve
Manchester ekipleri tarafından elde edilmiştir.
Grafen ara kısmi
hidrojene yapılar yoluyla tamamen hidrojenlenmiş grafona dönüştürdüğünde,
malzemenin elektronik özellikleri kademeli olarak değişir. Bu nedenle,
grafen'in kontrollü tamamlanmamış hidrojenasyonunun istenen özelliklere sahip
malzemeleri sağlayabilir.
Şekil: (a) Grafen, (b) Olası grafan değişikliklerinden biri
