Rice Üniversitesi’nin bir malzeme bilimi laboratuvarındaki çalışmalar sırasında grafen kuantum noktalarını yaygın olarak bilinen karbon fibere dönüştürmenin bir yolunu bulundu. Grafen kuantum noktalar elektronik, optik ve biyomedikal uygulamalarında yararlı olması beklenen özellikleri ile çok çok küçük madde lekeleri/zerreleri şeklinde tanımlanabilir.
Bu aktarımlı elektron mikroskobu görüntüsü grafen kuantum nokta ile zigzag kenarlarını gösterir. (Credit: Ajayan Lab/Rice University)
Rice Üniversitesi’nden malzeme bilimci Pulickel Ajayan, Çin, Hindistan, Japonya ve Teksas Tıp Merkez’lerinden çalışma arkadaşları ile bir işbirliği içinde grafen kuantum noktalar yapmanın daha önceki tekniklerden daha da basit hâle getiren bir adımlı kimyasal süreci keşfetti. Bu çalışmanın sonuçları Amerikan Kimya Derneği’nin dergisi Nano Letters’da 2012 yılının Ocak ayında yayınlandı.
Grafen katmanların elektron demeti litografisi veya kimyasal bozulma kullanılarak spesifik elektronik ve ışık saçan özellikleri ile grafen temelli kuantum noktalar yapmak için çok sayıda girişim olmuştu. Ajayan ve çalışma arkadaşlarının çalışmalarında karbon fiberler içinde grafitli karbon nanoalanların zaten var olduğundan dolayı bunları daha ucuz ve bol bir şekilde kullanmayı amaçladılar.
1980 yılında keşfedilen kuantum noktalar bir boyut ve şekle bağlı band aralığı içeren yarıiletkenlerdir. Kuantum noktalar bilgisayarlardan, ışık yayan diyotlar (LED), güneş hücreleri ve medikal görüntüleme aygıtları için laserlere kadar varan bir uygulama aralığında umut verici yapılardır. Bu çalışma içerisinde Rice Üniversitesi’nde keşfedilen kuru kimyasal süreç aracılığıyla bulk (yığın) olarak üretilen 5 nanometre altı karbon temelli kuantum noktalar yüksek çözünürlüğe sahip ve onların boyutları onları oluşturan sıcaklık aracılığıyla da kontrol edilebilir.
Oksidize karbon fiber ile ilgili bir deney sırasında bir aktarımlı elektron mikroskobu ile bir kaç damlalık bir çözeltiye baktıkları sırasında karbon fiberin kimyasal işlemi aracılığıyla çıkartılan grafenin oksidize olmuş nanoalanlarda bu kuantum noktaları görmelerini “tamamen sürpriz” olarak niteleyen araştırmacılar. Bu nanoalanları ya da grafen parçalarından oluşan zerreleri kuantum noktalar olarak tanımlamışlar ama onlar üç boyutluydu, yani tam anlamıyla grafen kuantum disk gördüklerini ifade ettiler. Diğer tekniklerle kuantum noktaları oluşturmanın hem haftalar aldığı hem de pahalı olduğu bir dönemde ticari olarak yaygın olan karbon fiber malzemesinin nispeten ucuz olduğu düşünülürse bu yöntemin çok sayıda grafen kuantum noktalar üretmek için büyük bir avantaj sağlayacağı düşünülmekte.
Bu kuantum noktaların büyüklüğü ve böylece onların fotolüminesans özellikleri nispeten düşük sıcaklıklarda onların işlenmesiyle kontrol edilebildiği araştırmanın bir diğer bulguları arasında. Sıcaklığı 80’den 120 dereceye değiştirdiklerinde, kuantum noktaların 120 derecede mavi, 100 derecede yeşil ve 120 derecede sarı renkte ışıldadıkların gözlemişler. Grafen kuantum noktaların bu tür özellikleri ise tıbbi görüntüleme, protein analizi, hücre izleme ve diğer biyomedikal uygulamalar için büyük bir potansiyeldir. Bir atom kalınlığında olan grafen malzemesinin elektronik devrimindeki olağanüstü gelişimine bu çalışma da yeni bir boyut kazandırmış gibi görünüyor.
Hazırlayanlar: Damla Polat – Gökhan Atmaca
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynak: http://www.physorg.com/news/2012-01-graphene-quantum-dots-big-small.html
