Laboratuvarda kendi kendini iyileştirebilen iletken malzemenin üzerinde bir neşter ile çizik oluşturuluyor. Büyütülmüş kesit ise sert ve engebeli yüzeye sahip nanoparçacıkları gösteriyor.
© Bao, Tee, Stanford
Temasları hisseden ve hasarlarını kendi kendine iyileştirebilen koruyucu bir tabaka! Evet, yanlış duymadınız, sihir gibi görünse de aslında sadece kimya… Böyle bir malzeme Amerikalı araştırmacılar tarafından keşfedildi. Çalışmalarının sonuçlarını Kasım 2012’de yayınlanan “Nature Nanotechnology” dergisinde sunan araştırmacılar (Nature, DOI: 10.1038/nnano.2012.192), bu sentetik maddenin çatlak ve kesikleri dakikalar içinde kendi kendine onardığını hatta bu olayın oda sıcaklığında gerçekleştiğini belirtiyorlar. Üstelik canlılarda yaraların iyileşmesi sonrasında görülen yapı bozuklukları da oluşmuyor.
Stanford Üniversitesi’nde çalışan Kimya Mühendisi Zhenan Bao yeni malzemelerini “Her iki dünyanın en iyisi” şeklinde tanımlıyor: Polimerlerin iyileştirme gücü ve metallerin elektrik iletkenliği… Bu yeni malzemenin sırrı nanoboyuttaki Nikel parçacıklar ile sentetik maddenin kombinasyonunda yatıyor. Çalışmalarında uzun zincirli oligomerleri kullanan araştırmacılar, zayıf hidrojen bağları sayesinde dallarının sonundan dolaşık bir ağ oluşturabilen molekülleri dallandırarak büyük moleküller elde ediyorlar. Dallanmanın sonundaki pozitif ve negatif yüklü atom bölgeleri kolayca hareket edebildiği için moleküller de kolayca birbirinden ayrılabiliyor. Ayrıca bir yakınlaşma sırasında tekrar kendilerini düzenleyebiliyorlar. Araştırmacılardan Chao Wang bu durumu “Bu dinamik bağlar maddeye kendi kendini yenileme imkânını veriyor.” şeklinde ifade ediyor. Polimerler, monomer denilen küçük moleküllerin birbirlerine bağlanmasıyla oluşan çok uzun zincirli moleküllerdir. Oligomer ise, 20-30 monomerden oluşan polimer zincirlerine verilen isimdir ve polimer zincirler kolayca katlanmaya ve esnekliğe meyillidir.
Metaller hareketli, başka bir deyişle serbest elektronlara sahiptir. Yani bu elektronlar herhangi bir atoma değil, metalin kristal yapısına bağlıdır. Herhangi bir dış elektriksel alan uygulanmadığında bu elektronlar ısı enerjisinden dolayı rastgele hareket ederler. Araştırmacılar da elektrik iletkenliğini santimetre başına 40 Siemens’e çıkarabilmek için nanometre büyüklüğündeki Nikel parçaları bu sentetik maddeye ekliyorlar ve bu sert yüzeyli metal parçaları sentetik maddenin molekül kümeleri içinde stabil kalıyor. Ayrıca bu parçacıkların oluşturduğu her çıkıntılı tepe ve kabarcık elektrik alan çizgilerini konsantre ederek elektronların bir sonraki parçacığa atlamasını kolaylaştırıyor ve Bao bunu “Plastik çoğunlukla bir yalıtkan olsa da, bu nedenle mükemmel bir iletken!” olarak tanımlıyor.
a)Üzerine nanometre büyüklüğündeki nikel parçaları eklenmiş oligomer. b) Hasarlı ve iyileşmiş sentetik madde yüzeyinin mikroskop görüntüsü
© Bao, Tee, Stanford
Malzeme yapılan testlerde, herhangi bir hasar aldıktan sonra da hem mekanik katılığını hem de elektrik iletkenliğini hızlıca tekrar kazandığını kanıtlıyor. Siyah sentetik madde üzerindeki neşter ile tamamen ikiye ayrılmış ince şerit birkaç saniye içinde başlangıçtaki sertliğinin (mekanik katılığının) %75’ine, 15 saniye sonra ise elektrik iletkenliğinin %90’ına ulaşıyor. 10 dakika içinde mekanik olarak, 30 dakika içinde ise elektriksel olarak neredeyse tamamen eski haline dönüyor ve yinelenen bir tahribat söz konusu olan yerde kayda değer bir yapı bozukluğuna neden olmuyor. Hatta 15. kesme ve birleşmeden sonra bile şerit, adeta hiçbir şey olmamış gibi bükme ve uzatmalara karşı dayanıyor. Bu nedenle Bao ve arkadaşları, yeni ürünlerinin protez ve robotların yüzeyleri için ideal olduğunu düşünüyorlar. Özellikle protezlerin insan yaşamındaki yeri düşünülecek olursa Bao ve arkadaşlarının bu keşfinin önemi yadsınamaz. Bir sonraki adımda, bu yeni sentetik maddenin başka bir nanoparçacık yardımıyla daha hafif ve en önemlisi şeffaf olması için uğraşılmalıdır. Bu başarıldığında, ekranlarda, paketlemede ya da elektronik yapı grupları gibi birçok alanda da daha iyi bir koruma sağlanabilir.
Senem SAĞLAM 03.03.2014
Hacettepe Üniversitesi Eğitim Fakültesi OFMA Anabilim Dalı Yüksek Lisans Öğrencisi
Kuark Bilim Topluluğu Popüler Bilim Yayın Grubu
Kaynaklar:
- Tee, B., Wang, C., Allen, R. ve Bao, Z. (2012). An electrically and mechanically self-healing composite with pressure- and flexion-sensitive properties for electronic skin applications. Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/nnano.2012.192
- Dörte Saße. (2012). Vorbild Haut: Kunststoff mit Tastsinn repariert sich selbst. Erişim Tarihi: 29 Şubat 2014, http://www.wissenschaft-aktuell.de/
