BlogGrafen ve CNT Farkı: Hangi Malzeme Nerede Daha Avantajlı?

9 Aralık 2025by admin

Hem grafen hem de karbon nanotüp, $sp^2$ hibritleşmesi yapmış karbon atomlarından oluşur. Kimyasal olarak aynıdırlar, ancak geometrileri (morfoloji) tüm fiziksel özelliklerini değiştirir.

Grafen: Tek atom kalınlığında, 2 boyutlu (2D) düzlemsel bir tabakadır.
Karbon Nanotüp (CNT): Grafen tabakasının rulo yapılmış, 1 boyutlu (1D) silindirik halidir.

Bu geometrik fark, elektronların nasıl hareket ettiğini, yükü nasıl taşıdığını ve malzemeyi nasıl güçlendirdiğini belirler.

1. Elektrik İletkenliği ve “Perkolasyon Eşiği”

Bir plastiği veya boyayı iletken yapmak istiyorsanız, kritik parametre Perkolasyon Eşiğidir (İletkenlik ağının kurulduğu minimum doluluk oranı).

CNT Avantajı: Nanotüpler, çok yüksek En-Boy Oranına (Aspect Ratio) sahiptir (Uzunlukları çaplarından 1000 kat fazladır). Bu sayede, matris içinde birbirlerine çok kolay değerler ve uzun iletken yollar oluştururlar. Düşük oranlarda (%0.1 – %1) iletkenlik sağlamak için CNT genellikle grafenden daha etkilidir.
Grafen Durumu: Grafen plakaları geniştir ancak temas direnci (contact resistance) oluşturabilir. İletkenlik için plakaların birbirine mükemmel şekilde “kiremit gibi” dizilmesi gerekir.

Kazanan: İletken plastikler ve ESD koruma için CNT.

2. Bariyer Özellikleri ve Korozyon Direnci

Amaç bir şeyi geçirmemekse (su, oksijen, gaz), geometri her şeydir.

Grafen Avantajı: Grafen, geniş yüzey alanı sayesinde “duvar” etkisi yaratır. Gaz ve sıvı molekülleri grafen plakasının içinden geçemez, etrafından dolaşmak zorunda kalır (Labirent Etkisi).
CNT Durumu: CNT’ler “ağ” veya “çubuk” gibidir. Moleküller tüplerin arasından kolayca sızabilir.

Kazanan: Antikorozyon boyaları, gıda ambalajları ve gaz bariyerleri için Grafen.

3. Mekanik Güçlendirme: Lif mi, Plaka mı?

Malzemenin mekanik dayanımını artırmak istediğinizde, kuvvetin türü önemlidir.

CNT (Donatı Demiri): Çekme gerilmelerine karşı mükemmeldir. Tıpkı betondaki demir çubuklar gibi çatlakları köprüler (crack bridging) ve malzemenin kopmasını engeller.
Grafen (Zırh Plakası): Düzlemsel güçlendirme sağlar. Yüzey sertliğini, çizilme direncini ve tribolojik (sürtünme) özellikleri iyileştirir.

Kazanan: Çekme dayanımı ve tokluk için CNT; Yüzey sertliği ve aşınma direnci için Grafen.

4. Karşılaştırma Tablosu: Hangi Proje İçin Hangisi?

Aşağıdaki tablo, mühendislik kararlarınızı netleştirmek için hazırlanmıştır:

Özellik	Grafen (2D)	Karbon Nanotüp – CNT (1D)
Geometri	Tabaka / Plaka	Tüp / Silindir
En İyi Olduğu Alan	Bariyer, Isı Yayılımı, Yüzey Koruma	Elektrik İletkenliği, Çekme Dayanımı
Dispersiyon Zorluğu	Orta (Yüzey etkileşimi yüksek)	Yüksek (Dolanma/Entanglement riski)
Yüzey Alanı (Teorik)	~2630 m²/g	~1315 m²/g (Dış yüzey)
Maliyet	Üretim yöntemine göre değişir (Genelde daha uygun)	Kaliteli SWCNT pahalı olabilir
Tipik Uygulama	Antikorozyon Boyası, Pil Anodu, Isı Yayıcı	İletken Plastik, Kompozit Gövde, Sensör

5. Hibrit Kullanım: 1+1 > 2

Son yıllardaki en büyük trend, Grafen ve CNT’nin birlikte kullanılmasıdır.

Sinerjik Etki: CNT’ler, grafen plakalarının arasına girerek plakaların tekrar yapışmasını (restacking) engeller. Grafen plakaları ise CNT’ler arasında köprü kurarak iletkenliği artırır.
Sonuç: Tek başına kullanımdan çok daha yüksek performanslı Li-ion pil elektrotları ve süper kapasitörler elde edilir.

6. Sıkça Sorulan Sorular (Google Snippet İçin)

S: Isı iletiminde hangisi daha iyi?

C: Düzlemsel (in-plane) ısı iletiminde Grafen (~5300 W/mK) rakipsizdir. Ancak malzemenin içine ısıyı derinlemesine iletmek gerekiyorsa (through-plane), CNT’ler anizotropik yapıları nedeniyle avantajlı olabilir.

S: Hangisinin üretimi daha kolay?

C: Çok Duvarlı Karbon Nanotüpler (MWCNT) endüstriyel ölçekte uzun süredir üretiliyor. Grafen üretimi ise son yıllarda ölçeklendi. Şu an her ikisi de Nanokar gibi tedarikçilerden tonajlı olarak temin edilebilir.