Mucizevi materyal; Grafenler ve Nanobiyoteknolojik kullanımları

5,855 views

Published on

Grafenler ve Nanobiyoteknoloji alanında kullanılması

Published in: Education
  • Be the first to comment

Mucizevi materyal; Grafenler ve Nanobiyoteknolojik kullanımları

  1. 1. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafenler ve NanobiyoteknolojikGrafenler ve Nanobiyoteknolojik kullanımları,kullanımları, Prof.Dr. İbrahim USLU
  2. 2. Prof.Dr. İbrahim USLU • Nanoteknoloji biyolojinin içinde; yarım milyar yıldır biyolojinin içine girmiş. • Nanoteknoloji tek başına da değil. Bunu bir bütünün bir parçası, hatta her bir bütünün iç içe girmiş parçaları olarak değerlendirmek gerekir. • Örneğin, bir filde bile nanoteknoloji var. NanoteknolojiNanoteknoloji
  3. 3. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen iki boyutlu, bir atom kalınlığında, mekanik, elektrik, termal ve optik özellikleri ile bilimde çığır açan yeni keşfedilmiş bir karbon allotropudur. GrafenGrafen
  4. 4. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bilim dünyasında heyecan yaratmış olsa da aslında çok nadir bulunan bir malzeme değildir grafen. • Kurşun kalemlerin içindeki grafit, grafen tabakalarının üst üste binmesinden oluşur. Grafit ve grafenGrafit ve grafen
  5. 5. Prof.Dr. İbrahim USLU Physicists win Nobel using sticky tape andPhysicists win Nobel using sticky tape and pencilpencil 14:00 5 October 201014:00 5 October 2010
  6. 6. Prof.Dr. İbrahim USLU
  7. 7. Prof.Dr. İbrahim USLU • Karbon atomlarının iki boyutlu altıgen bir yapıda dizilmiş bu formu, doğada iki boyutlu tek malzeme örneğini oluşturmasının yanı sıra, grafene olağanüstü özelliklerini de kazandırıyor. Karbonun bir allotropu olan GrafenKarbonun bir allotropu olan Grafen
  8. 8. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bir grafen tabakası küresel halde yuvarlandığında yine zamanında bilim dünyasında yankı uyandıran fulleren oluşur. • Fullerenler ilk olarak grafitin laserle buharlaştırılması ile oluşturulmuşlardır. • Fulleren üretiminde ark buharlaştırma yöntemi de kullanılmaktadır. • Buharlaşan grafitin yoğunlaştırılması ile fulleren elde edilir. Grafenden Fulleren oluşumuGrafenden Fulleren oluşumu
  9. 9. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafene silindir şekli verildiğinde ise karbon nanotüp oluştururuz. Grafenden Karbon nanotüp oluşumuGrafenden Karbon nanotüp oluşumu
  10. 10. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafenden Karbon nanotüp oluşumuGrafenden Karbon nanotüp oluşumu
  11. 11. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafenin TEM (Geçirimli Elektron Mikroskobu) görüntüsü
  12. 12. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafitten FullereneGrafitten Fullerene
  13. 13. Prof.Dr. İbrahim USLU • Elektronlar bu tek atom kalınlığındaki Grafen karbon tabakası içerisinde sanki hiç kütleleri yokmuşçasına hızlı hareket ediyorlar. Elektronlar grafen tabakasında hızlaElektronlar grafen tabakasında hızla hareket ederlerhareket ederler
  14. 14. Prof.Dr. İbrahim USLU • Dijital teknolojinin süper starı silikon, grafen ile karşılaştırıldığında bir kaplumbağa gibi kalıyor. Elektronların silikon içindeki hızları grafen içindeki hızlarına göre 100 kez daha yavaş. Grafendeki elektron hareketliliğiGrafendeki elektron hareketliliği
  15. 15. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafenin elektrik özellikleri bu sıra dışı malzemenin tek olağanüstü özelliği değil. Onun pek çok olağan üstü özelliği var. • Örneğin Hidrofilik karekteri Grafenin olaganüstü özellikleriGrafenin olaganüstü özellikleri
  16. 16. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bilinen en ince malzeme olmasına rağmen aynı zamanda en güçlü malzeme. Aşağıdaki grafiklerde göreceğiniz gibi çelikten 100 kat daha güçlü. Grafen - Çelikten 100 kat daha güçlüGrafen - Çelikten 100 kat daha güçlü
  17. 17. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen çelikten 100 kat daha güçlüGrafen çelikten 100 kat daha güçlü
  18. 18. Prof.Dr. İbrahim USLU • Isıyı en iyi ilettiği düşünülen diğer bir karbon allotropu olan elmas, grafenin keşfi ile tahtından inmiş durumda. Grafen şu anda bilinen en iyi ısı iletkeni.Grafen şu anda bilinen en iyi ısı iletkeni.
  19. 19. Prof.Dr. İbrahim USLU • Elektronlar grafenin tek atom kalınlığındaki karbon tabakası içerisinde sanki hiç kütleleri yokmuşçasına hızlı hareket ediyorlar. • Dijital teknolojinin süper starı silikon, grafen ile karşılaştırıldığında bir kaplumbağa gibi kalıyor. Elektronların silikon içindeki hızları grafen içindeki hızlarına göre 100 kez daha yavaş. Grafendeki elektron hareketliliğiGrafendeki elektron hareketliliği
  20. 20. Prof.Dr. İbrahim USLU • DNA dizilerinin belirlenmesinde günümüze kadar pek çok yöntemler denenmiştir. • Fakat bugüne kadar geliştirilmiş kolay ve maliyeti düşük yöntem, iyonik bir çözelti içindeki silikon-nitrür üzerine yerleştirilmiş bir grafen düzlüğe birkaç nanometre genişliğine gözenek açılmasıyla DNA dizilimini belirleyen nanaogözenek yöntemidir. DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji: Grafen Teknolojisi
  21. 21. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafenin ilginç mekanik , elektronik özellikleri ve ince, esnek olması nedeniyle kolayca nanogözenekler ihmal edilebilir. • Araştırmacılar bu nedenle DNA dizilimi tesbitinde grafen düzlüklerini kullanmışlardır. Bu işleme göre DNA ipliği, tuz çözeltisinin içinde bekleyen bir zarın üzerindeki delikten geçer. • Geçiş sırasında iyon akışı kesileceği için, sinyaldeki kesintiden hangi molekülün delikten geçtiği bulunur. • http://www.tarimsalbiyoteknoloji.com/dna-dizi-analizinde-yeni-bir- teknoloji-grafen-teknolojisi/ DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji: Grafen Teknolojisi
  22. 22. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen çok ince olduğundan, güçlendirmek için birkaç atom kalınlığında titanyum oksitle kaplanmıştır. • Bu sayede DNA ipliğinin delikten daha rahat geçtiği gözlemlenmiştir. • Araştırmacılar, klasik yöntemle günler hatta aylar alan bir DNA dizilimi belirleme işleminin, grafenin çok ince olması ve elektrik iletkenliğinin yüksek olması sayesinde birkaç saat içinde tamamlanabilmesinden çok memnun. DNA Dizi Analizinde Yeni Bir Teknoloji: Grafen Teknolojisi
  23. 23. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen kuantum noktalar bir boyut ve şekle bağlı band aralığı içeren yarıiletkenlerdir. • Grafen kuantum noktalar grafen katmanlarının elektron demeti litografisi veya kimyasal bozunma kullanarak üretilmektedir. • Grafen kuantum noktaların spesifik elektronik ve ışık saçan öxellikleri vardır. Grafen kuantum noktalarının 120 oC’da mavi, 100 derecede yeşil ve 80 oC’de sarı renkte ışıldadıkları gözlenmiş ve grafen kuantum noktalarının bu tür özellikleri ise tıbbi görüntüleme, protein analizi, hücre izleme ve diğer biyomedikal uygulamalar için bir potansiyel olmuştur. Grafen kuantum noktalarGrafen kuantum noktalar
  24. 24. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen kuantum noktalar ışık yayan diyotlar (LED), güneş hücreleri ve medikal görüntüleme aygıtları için laserlere kadar varan bir uygulama alanında umut verici yapılardır.
  25. 25. Prof.Dr. İbrahim USLU • Asya’daki araştırmacılar insan mezenşimal kök hücrelerin proliferasyonunu engellemeyen ve kemik hücrelerine farklılaşmayı sağlayan biyouyumlu grafen doku iskelesi hazırlamışlar. • Bu farklılaşma oranı sıklıkla kullanılan büyüme faktörleriyle geliştirilmiş olanlara kıyasla kök hücre araştırmaları için daha umut vaat edici gözükmektedir. • http://www.nanott.hacettepe.edu.tr/nanobulten/14/nanobulten14_lr.pdf Grafen Biyomedikal Uygulamalarda KökGrafen Biyomedikal Uygulamalarda Kök Hücrelerin Kaderini Kontrol EdebiliyorHücrelerin Kaderini Kontrol Edebiliyor
  26. 26. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen Biyomedikal Uygulamalarda KökGrafen Biyomedikal Uygulamalarda Kök Hücrelerin Kaderini Kontrol EdebiliyorHücrelerin Kaderini Kontrol Edebiliyor
  27. 27. Prof.Dr. İbrahim USLU • Sürtünmede kaybedilen enerji ve aşınan malzemeler her geçen gün daha da çok önem kazanırken sürtünmesiz • yüzeylerin geliştirilmesi konusunda araştırmalar ağırlık kazanmıştır. • UNAM’da yapılan kuramsal araştırmalarda grafen, florografen, ile kaplanan yüzeylerde fonon salınımına neden olan stick-slip hareketinin oluşmayacağı ve bunun sonucu aşırı yükler altında bile fonon yaratılması yoluyla enerji kayıpları oluşmayacağı gösterildi. Sürtünmesiz YüzeylerSürtünmesiz Yüzeyler
  28. 28. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen kaplı yüzeyler ise hem oksidasyona, hem de sürtünme yoluyla enerji kayıplarına engel olabilmektedir. • Phys. Rev. Lett. 2012, Phys. Rev. B. 2012 • http://www.nano.org.tr/files/UNAM_BULTEN_2012.pdf Sürtünmesiz YüzeylerSürtünmesiz Yüzeyler
  29. 29. Prof.Dr. İbrahim USLU • B. Lu ve arkadaşları hücre kültürleri kullanarak grafenin yalnızca bakteriyel hücrelere karşı zararlı olduğunu, hayvansal hücrelerin etkilenmediğini gösterdi. • Bunun sebebi olarak, hücre yarı geçirgen zarları boyunca grafenin elektronları iletmesi olasılığı gösterildi. • Bu proses ile bakteriyel hücreler çoğalamıyor, çünkü elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek onu yok ediyorlar. Hayvan DNA'sı, elektronlardan ikinci bir yarı geçirgen zarın varlığı ile korunuyor. Grafenin elektronları iletmesiGrafenin elektronları iletmesi
  30. 30. Prof.Dr. İbrahim USLU Elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerekElektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek onu yok ediyorlaronu yok ediyorlar
  31. 31. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bu proses ile bakteriyel hücreler çoğalamıyor, çünkü elektronlar bakteriyel DNA'ya erişerek onu yok ediyorlar. Hayvan DNA'sı, elektronlardan ikinci bir yarı geçirgen zarın varlığı ile korunuyor.
  32. 32. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen oksit tek sarmallı DNA’yı çift olana göre daha hızla adsorblamakta, basit bir karıştırma veya sentrifuj yardımıyla çok hızlı bir ayrıştırma imkanı sağlamaktadır. • http://www.mdpi.com/2079-4991/3/2/221 Separation of Short Single- and Double-Stranded DNASeparation of Short Single- and Double-Stranded DNA usingusing Graphene OxideGraphene Oxide
  33. 33. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen nanogözeneklerinden geçerken DNA’nın genetik bilgileri elektronik akım sayesinde mümkün olmaktadır. • http://wetwareontologies.tumblr.com/post/36735521779/nanopore- sequencing
  34. 34. Prof.Dr. İbrahim USLU • Chaitanya Sathe, Xueqing Zou, Jean-Pierre Leburton, and Klaus Schulten. ACS Nano, 5:8842-8851, 2011. http://www.ks.uiuc.edu/Publications/P.. Computational investigation of DNAComputational investigation of DNA detection using graphene nanopores.detection using graphene nanopores.
  35. 35. Prof.Dr. İbrahim USLU • inexpensive and fast methods to sequence the genome of individuals using nanopore technology revolutionizes modern medicine. The thickness of the membrane used to make the nanopore presents a fundamental limitation to the physical dimension that can be resolved. Typical solid-state membranes are too thick and usually fail to recognize single nucleotides on a DNA strand. Graphene is a sub-nanometer membrane, comprising of carbon atoms arranged in a honeycomb lattice, with remarkable electronic and mechanical properties. The thickness of a graphene membrane (3 A) is comparable to the vertical stacking distance between base pairs in the DNA (3.5 A) making graphene an ideal candidate for DNA sequencing. • http://beckman.illinois.edu/news/2013/03/grad-student-seminars-mar-2013
  36. 36. Prof.Dr. İbrahim USLU
  37. 37. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafenin tek sarmallı (ssDNA) ile etkileşmesi sonucunda bozulması söz konusudur. • Ancak grafen çift sarmallı DNAlarla etkileşime girmemektedir. • Bundan hareketle grafen-DNA biyosensörler kullanılmaya başlanmıştır. BiyosensörlerBiyosensörler
  38. 38. Prof.Dr. İbrahim USLU • Çift ve tek sarmallı DNA yapıları florasans boya ile etiketlendiğinde yapılan deneylerde tek sarmallı DNA yapılarının grafenle olan etkileişimleri sonucu florasans ışığında önemli bir miktarda azalma görülmüş ancak çift sarmallı DNA yapılarında azalma çok az olmuştur. Grafen tek sarmallı DNA ile etkileşirGrafen tek sarmallı DNA ile etkileşir
  39. 39. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen, karbon nanotüplü biyosensörlere göre daha ucuz ve daha fazla alanı nedeniyle daha hassastır. • ssDNA florasans bir boya etiketlenmiş ssDNA grafen ile bağlandığında florasans ışığın neredeyse %97’sini yutar. Ancak kanserli hücrelerin DNA’sının grafenle temasında florasans ışığı yutulmayacağından açığa çıkan ışın florasans spektroskopi sayesinde rahatlıkla tespit edilebilecektir. Tek iplikçikli (ssDNA) tespitinde biyosensörTek iplikçikli (ssDNA) tespitinde biyosensör
  40. 40. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen Oksite tabakaları 100 nm’den küçüktür ve Grafen Kuantum Noktaları (GQD) olarak anılırlar. • Geleneksel kuantum noktalarına (QD) göre GQD daha fazla alana sahip, daha ucuz ve daha fazla yüzey modifikasyonuna müsait, daha fazla elektriksel iletken özelliklere sahiptir. Graphen combined with EuropiumGraphen combined with Europium Ions for Phosphate SensingIons for Phosphate Sensing
  41. 41. Prof.Dr. İbrahim USLU • GQD fosfat tespitinde etkin algılama platformu sağlar. • Su kimyasında çevre kirliliğinin tespitinde fosfat miktarı seviyesi kirliliğin boyutu hakkında önemli bir indikatördür. Grafen Kuantum Noktaları (GQD) ile fosfatGrafen Kuantum Noktaları (GQD) ile fosfat tayinitayini
  42. 42. Prof.Dr. İbrahim USLU • Çevre bakanlığı gibi düzenleyici kurumların suda yaşayan canlılar, mikroorganizmalar gibi pek çok ortamda fosfat miktarı seviyesini sürekli olarak tespiti çok önemlidir. Fosfat seviyesi sürekli izlenmelidirFosfat seviyesi sürekli izlenmelidir
  43. 43. Prof.Dr. İbrahim USLU • GQD ile kombineli ve üzerinde Eu3+ atomları sayesinde grafen Photoluminasans (PL) ışınları absorblama özelliğine sahiptir. GQD üzerinde adsorblanmış EuropiumGQD üzerinde adsorblanmış Europium IyonlarıIyonları
  44. 44. Prof.Dr. İbrahim USLU • Ancak Eu+3 iyonları fosfattaki oksijen verici atomlara karşı grafen yüzeyindeki karboksilat gruplara karşı daha büyük istek gösterir. Eu+3 iyonlarının söz konusu reaksiyonu sonrası daha önce baskılanan photolüminasans ışığı saçılmaya başlar böylece ortamda ne kadar fosfat varsa ışıma şiddetide o kadar artacağından bu da fosfat sensörü olarak kullanılır. Grafenli fosfat sensörüGrafenli fosfat sensörü
  45. 45. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen ile yapılan bir başka deneyde grafen ile bağlanmış DNA yapılarına ilavaten serbest DNA’lar ilave edilmiş ve daha sonra Söz konusu DNA’ları tahrip eden enzim ile teması sağlandığında enzimin grafen ile bağlı DNA’larla etkileşime girmedikleri görülmüştür. • İşte bu nedenle DNA-grafen yapılı kontrollu salınımlı ilaçlar vasıtasıyla pek çok hastalığın daha etkin tedavisi sağlanacaktır. Grafenli ilaçlarGrafenli ilaçlar
  46. 46. Prof.Dr. İbrahim USLU
  47. 47. Prof.Dr. İbrahim USLU • Altın nanoparçacıklardan oluşmuş kümelerin (gold nanoclusters, GNC) grafenle oluşturduğu kompozit ler kanser tedavisinde kullanılabilecektir. • Altın nano klusterler (GNCs) indirgenmiş grafen oksit (RGO) levhaları üzerinden nufüz eder ve hızla HepG2 hepatokarkinoma hücre merkezine geçerek protein ve DNA yapısını değiştirir ve doxorubicin (DOX) gibi anti kanser ilaçlarının aktarımını sağlar Grafen katkılı ilaçlarla kanser tedavisiGrafen katkılı ilaçlarla kanser tedavisi
  48. 48. Prof.Dr. İbrahim USLU
  49. 49. Prof.Dr. İbrahim USLU • Foto Dinamik Terapi (PDT) yakın kızıl ötesi (NIR) ışığın dalga boyları ile sınırlı bir şeklide kanser tedavisinde kullanılır. • NIR ışın dokularımızın derinliklerine kadar girebilir. TV uzaktan kumandası gibi pek çok alette kullanılır. Oldukça zararsız bir ışındır . • Grafen NIR ışına maruz kalırsa aniden ısı enerjisine dönüşür. • Eğer kanserli hastanın vücuduna verilen grafen biyokonjuge antikorlar tümörün etrafını çevrelemişse NIR ışının o bölgeye ulaşması sonucu grafen ısıya dönüşünce açığa çıkan ısı kanserli hücreleri yok edecek ancak bölgedeki sağlıklı hücreler bundan zarar görmeyeceklerdir. • http://investorintel.com/graphite-graphene- intel/56152/#sthash.QBBw5bzr.dpuf. Foto Dinamik TerapiFoto Dinamik Terapi (PDT)(PDT)
  50. 50. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen yardımıyla sağklı hücrelereGrafen yardımıyla sağklı hücrelere zarar vermeden Kanser tedavisizarar vermeden Kanser tedavisi
  51. 51. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen kullanılarak yapılan bir gen transferinde oldukça düşük bir sitotoksisite görülmüştür. • Grafen kullanarak Plasmid DNA’nın memeli hücre hattına transferi %95’e kadar varan bir verimlilikle başarılmış, zebrebalığı embriyolarına olan gen transferide %90 verimlilikle sağlanmıştır. • Geleneksel transfer teknolojilerinde verimliliğin %30 olduğu düşünülürse grafenin bu konuda önemi açığa çıkmaktadır. • http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs12274-012-0254-x Ultra-small graphene oxide functionalized withUltra-small graphene oxide functionalized with polyethylenimine (PEI) for very efficient genepolyethylenimine (PEI) for very efficient gene delivery in cell and zebrafish embryosdelivery in cell and zebrafish embryos
  52. 52. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen oksit yardımıyla yapılan gen transferi çok verimli. Ultra-small graphene oxide functionalized withUltra-small graphene oxide functionalized with polyethylenimine (PEI) for very efficient genepolyethylenimine (PEI) for very efficient gene delivery in cell and zebrafish embryosdelivery in cell and zebrafish embryos
  53. 53. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bilim adamları, deri yaralarının iyileşmesi için gereken süreyi azaltan malzemeler geliştiriyorlar. • Kanı etkili bir şekilde pıhtılaştırabildiği için, kitosan ile antibakteriyel özellikler gösterdiği bilinen grafenin faydalarını birleştirerek daha etkin yara sargı malzemeleri, biz dahil pek çok biliminsanı tarafından araştırılmaktadır. • http://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2012/NR/C 2NR11958G Grafen ve kitosan yara iyileşme süreciniGrafen ve kitosan yara iyileşme sürecini hızlandırıyorhızlandırıyor
  54. 54. Prof.Dr. İbrahim USLU • Kitosan nanolifleri grafen ile ince yarı geçirgen zarlar (membran) oluşturarak birleşmekte ve bu membran yaraları tıpkı bir yara bandı gibi kapladığı için, kontrol örneklere göre, ciddi oranda daha hızlı iyileştirmektedir. • http://www.bilim.org/grafen-ve-kitosan-yara-iyilesme-surecini-hizlandiriyor.html Grafenli sargı malzemesi yaraları hızlaGrafenli sargı malzemesi yaraları hızla iyileştiriyoriyileştiriyor
  55. 55. Prof.Dr. İbrahim USLU Sadece Kitosan kulanımına görede grafenSadece Kitosan kulanımına görede grafen kullanımı iyileştirme sürecinikullanımı iyileştirme sürecini hızlandırmaktadırhızlandırmaktadır
  56. 56. Prof.Dr. İbrahim USLU • C.Fan, “grafen esaslı nanomalzemelerin gerçekten ilginç bir sağlık uygulaması” olduğunu söyledi ve grafen esaslı antibakteriyel malzemelerin yara iyileşmesini hızlandırdığını açıkça gösterdiğini belirtti.
  57. 57. Prof.Dr. İbrahim USLU • Nanogözenekli Grafenli membranların su geçirgenliği , geleneksel membranlara göre 100 hatta bazı araştırmalarda en az 1000 kez daha fazladır. • Nanogözenekli grafen membranlar bu nedenle su saflaştırmada gelecekte önemli rol oynayacaktır. Nanogözenekli Grafen katkılı membranlarNanogözenekli Grafen katkılı membranlar
  58. 58. Prof.Dr. İbrahim USLU • Nano grafen membranlar hem çok ucuz hem de yüksek yüzey alanı nedeniyle su saflaştırma teknolojisinde çığır açacaktır. Nano grafen mebranlarNano grafen mebranlar
  59. 59. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen tabanlı deniz suyundan tuz arındırma (desalination) membranları nanometre ölçekli, suyun geçmesine izin veren ancak tuz moleküllerinin geçmesine izin vermeyen yapısıyla su arındırma en yeni teknolojidir.. Deniz suyundan tatlı su elde etmedeDeniz suyundan tatlı su elde etmede grafen kullanımıgrafen kullanımı
  60. 60. Prof.Dr. İbrahim USLU • Tuzlu suyun membrandan geçmesi, grafenin geleneksel filtrelere göre 500 kez daha ince olması nedeniyle, çok az bir enerji ile gerçekleşmekte, bu nedenle geleneksel membranlara göre 100 kez daha az enerjiye gereksinim duymaktadır. • Grafen tabanlı membranlarGrafen tabanlı membranlar
  61. 61. Prof.Dr. İbrahim USLU
  62. 62. Prof.Dr. İbrahim USLU • Water-solubility-driven separation of gases using graphene membrane, Journal of membrane Science, p. 546, 2013 Suda çözünmüş gazların saflaştırılmasındaSuda çözünmüş gazların saflaştırılmasında grafen kullanımıgrafen kullanımı
  63. 63. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen membranlar sayesinde azotlu karışımdan karbondioksiti de temzilemek mümkündür. • Karbondioksit molekülleri grafeninin gözeneklerinden geçerken, azot molekülleri büyüklükleri nedeniyle geçememektedir. • http://scitechdaily.com/graphene-membranes-may- help-reduce-carbon-dioxide-emissions/ Azot karışımından karbondiksitinAzot karışımından karbondiksitin temizlenmesitemizlenmesi
  64. 64. Prof.Dr. İbrahim USLU • HCOOH indirgeni kullanmak suretiyle katalitik olarak zararlı olan yapısal yönlendirici içermeyen grafen nanolevhaları üzeride platin nano yapısı • Bilindiği üzere grafen diğer karbon alotroplarına nazaran çok daha yüksek iletkenliğine ve yüzey alanına sahiptir. • Grafenin kendisi de aşırı lokal elektronları Pt ‘ye daha yakın bir şekilde konumlandırarak onu elektron çekme reaksiyonları içi çok daha uygun bir hale getirerek katalitik etkinliği artırabilir . • platinum nanostructure on graphene nanosheets by using HCOOH as the reducing agent, devoid of any catalytically harmful structure-directing moieties. • It is well known that graphene has a high conductivity and surface area compared to the other allotropes of carbon. • Graphene itself improves the catalytic activity of Pt by ocalizing the excess electrons closer to the Pt and thereby making it more favourable for electron withdrawing reactions. 33
  65. 65. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen Pt yakınındaki fazla elektronları lokalize ederek Pt’nin katalitik aktivitesini artırır. • Bu yüzden elektron çıkarma reaksiyonlarında çok etkili olarak kullanılmaktadır. Grafen Pt’nin katalitik aktivitesiniGrafen Pt’nin katalitik aktivitesini artırmaktadır.artırmaktadır.
  66. 66. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen destekli PtGrafen destekli Pt nanoparnanoparçacıklarıçacıkları
  67. 67. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bu şekilde grafen üzerine adsorblanmış lityum atomları görülmektedir. Bu plakalar sıkıştırıldığında yada büküldüğünde elektrik üretirler. Grafen yardımıyle çevre dostuGrafen yardımıyle çevre dostu yenilenebilir elektrik üretimiyenilenebilir elektrik üretimi
  68. 68. Prof.Dr. İbrahim USLU • Günümüzde hidrojen üretiminin %48’i doğal gazdan, %30’u ham petrolden, %18’i kömürden ve %4’ü suyun elektrolizi yolu ile ayrıştırılmasıyla üretilmektedir. • Grafen destekli Pt katalizleri yardımıyla %4’lük elektroliz yoluyla hidrojen eldesi payınındaha da artması beklenmektedir. Güneş enerjisi yardımıyla hidrojen elde etmeGüneş enerjisi yardımıyla hidrojen elde etme
  69. 69. Prof.Dr. İbrahim USLU Suyun elektrolizinde katalizin verimliliği çokSuyun elektrolizinde katalizin verimliliği çok önemlidir.önemlidir.
  70. 70. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen üzerinde nanoparçacık indiyum kalay (yeşil ve kırmızı) katkılı platin nano parçacıkları (mavi). • Grafen Pt katalizörü çok iyi destekleyici malzeme olmasının yanı sıra grafenin büyük yüzey alanı dolayısıyla Pt’nin daha fazla alana yayılmasını sağlar ve reaksiyon verimliliğinin artmasına sebeb olur. Bunun yanısıra çok iyi elektrik iletken malzemedir. Yakıt hücrelerinde grafen kullanımıYakıt hücrelerinde grafen kullanımı
  71. 71. Prof.Dr. İbrahim USLU Yakıt HücresiYakıt Hücresi
  72. 72. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafenin azot gazı ortamında direk olarak bilyeli öğütma yöntemiyle karbon bağlarını kırarak kırılan bağlara azot bağlanması deneyleri başarılı bir şakilde yapılmaktadır. • Grafene azot fiksleme son derece önemlidir. Böylece gübre, amonyak gazı üretimi, patlayıcılar gibi çok önemli sanayii kollarında üretim ciddi bir şekilde ucuzlayacaktır. Grafene azot bağlamaGrafene azot bağlama
  73. 73. Prof.Dr. İbrahim USLU • Bilyeli öğütme ve karıştırma yöntemiyle mekanokimyasal yöntemle C−C bağlarının kırılarak aktif hale gelmiş karbonların direk havadaki azotla bağlanması ve kırılan bağlarda oluşan 5 yada altılı azot yapılı malzemelerin sadece amonyak üretimi, patlayıcılar gibi sanayi kollarında değil ayni zamanda katalizör olarak güneş hücrelerinde yada yakıt hücrelerinde geleneksel Pt temelli katalizörlerin yerine kullanılması hem katalizör verimliliğini artıracak hem de katalizör fiyatlarını da önemli ölçüde azaltacaktır. Azotla fiksleşmiş grafenin Pt katalizörlerinAzotla fiksleşmiş grafenin Pt katalizörlerin yerine kullanılmasıyerine kullanılması
  74. 74. Prof.Dr. İbrahim USLU • Grafen dünyayı değiştirecektir. • Bu nedenle ABD ve Avrupa tarafından stratejik bir materyal olarak kabul edilmiştir. • Dünyada grafen yapımında kullanılan kaynaklara bu nedenle birkaç şirket hakimdir. • Bu kaynakların %70’i de Çin kontrolü altındadır. • Grafenin nerelerde kullanıldığı kadar kim tarafından da temin edileceği çok önemlidir. • Bu konuda çalışanlarda dikkatle izlenmektedir. ÖzetleÖzetle
  75. 75. Prof.Dr. İbrahim USLU Grafen ile ilgili yayınlarGrafen ile ilgili yayınlar
  76. 76. Prof.Dr. İbrahim USLU • Beni dinlediğiniz için teşekkürler Grafen bir mucizevi malzemedir,Grafen bir mucizevi malzemedir, Dünyayı değiştirecektirDünyayı değiştirecektir

×