Geleceği şekillendirecek yeni malzemeler

Malzemeler, günlük yaşantımızda kullandığımız hemen hemen herşeyi meydana getiren temel bileşenlerdir. İşte bu yeni malzemelerden birkaç örnek:

Geleceği şekillendirecek yeni malzemeler

Malzemeler, günlük yaşantımızda kullandığımız hemen hemen herşeyi meydana getiren temel bileşenlerdir.  İşte bu yeni malzemelerden birkaç örnek:

gelecekmalzemeDoğal olarak oluşmuş veya yapay olarak elde edilmiş malzemeler, akla gelebilecek her türlü alanın, örneğin otomotiv, havacılık, kimya, bilgisayar, elektronik, gıda üretimi ve biyomedikal gibi sektörlerin temel girdisidir. İleri teknolojilerin gelişmesi, farklı özelliklere sahip malzemelerin tasarımına ve geliştirilmesine bağlıdır. Bu nedenle malzeme bilimi, yüksek sıcaklık, yüksek basınç, toksik kimyasal bileşimler, iyonize radyasyon gibi en aşırı koşulların hüküm sürdüğü ortamlarda özelliğini koruyabilecek, yeni nesil malzemelerin geliştirilmesini sağlar. Malzeme biliminin, bilişim teknolojileri ve genetik-moleküler biyoloji ile birlikte, geleceği şekillendirebilecek temel bilim dallarından biri olduğu söylenebilir.

İŞTE BU YENİ MALZEMELERDEN BİRKAÇ ÖRNEK:

1) AEROJEL: DONMUŞ DUMAN

Aerojellerin, milyonlarca ufak delikten oluşan yüzeyi, süngeri andırır. % 85’ten fazlası havadan oluşur ve çok iyi bir yalıtkandır. En gelişmiş fiberglas yalıtım malzemesinden 39 kat daha fazla yalıtım kabiliyetine sahiptir. Çok dayanıklı bir yapısı vardır. Duman gibi görüntü verdikleri için “Donmuş duman” veya “mavi duman” diye de adlandırılır. Ancak bugün piyasalarda bulunan aerojeller oldukça kırılgandır. NASA Glenn Araştırma Merkezi ve Ohio Havacılık ve Uzay Enstitüsü daha dayanıklı aerojeller üzerinde çalışıyor. Burada geliştirilen polimer tabanlı aerojel türü 500 misli daha sağlamdır. Isıya dayanıklı poliimid plastiklerden oluşan bu tür aerojeller ikiye katlanabilecek kadar da esnektir. NASA mühendisleri bunları uzay giysilerinde yalıtım malzemesi olarak veya Mars’ın yüzeyine malzeme indirirken paraşüt benzeri “hız kesici” olarak kullanmayı planlıyor.

2) LİTYUM-İYON PİLLERİN ÖMRÜNÜ UZATAN NANOTÜPLER

Bugün üzerinde çalışılmakta olan nanotüp tabanlı piller, doldurulabilir pillerin 20 misli daha uzun dayanmasını sağlayacak. Lityum-iyon piller bir süre sonra işe yaramaz hale gelebilir. Bunun nedeni şarj taşıcı lityum iyonlarının hareketine bağlı olarak anotların defalarca genişleyip daralması ve bunun sonucunda bozulmasıdır. Stanford Üniversitesi’nden bir grup bilim insanı silikon nanotüplerden oluşan anotlar geliştirdi. Bu anotların özelliği, geçirgen özellikte silikon oksit ile kaplı olmasıdır. Böylece dışındaki sağlam kaplaması sayesinde içteki nanotüpler gerektiği kadar genişler ve lityum iyonlarının içeri dışarı geçişlerinden etkilenmez. Halihazırdaki lityum-iyon pilleri genel olarak 300-500 şarj ve deşarj döngüsüne dayanıklı iken, nanotüplü türleri, 6.000 döngüden sonra bile ilk baştaki kapasitelerinin % 85’ini koruyabilir. 3) KAYGAN YÜZEYLER Yeni bir yüzey kaplaması o kadar yüksek bir kayganlığa sahiptir ki, viskozitesi ne olursa olsun üzerine dökülen herhangi bir madde, zeytinyağı gibi akıp gider. SLIPS (slippery liquid infused porous surfaces) adı verilen bu kaplama malzemesi, ham petrol taşıma borularında sürtünmeyi ortadan kaldırıyor, uçak kanatları üzerinde buz oluşumunu engelliyor, sprey grafiti ile boyalı duvarları temizliyor. Harvard Üniversitesi’nin Wyss Enstitüsü’nde geliştirilen malzeme, kimyasal olarak tepkimeye girmiyor. Gözenekli veya pürüzlü sert bir malzeme (beton duvarlar gibi) üzerine sürüldüğünde son derece pürüzsüz ve düzgün ve yüzey oluşturur.

4) ESNEK BETON

İnşaat mühendisleri, Beton Kumaşı adı verilen malzeme sayesinde neredeyse bin yıllık beton dökme sıkıntısından kurtulacaklar. Beton kumaşı, esnek beton tabakalarından oluşuyor. Malzeme, büyük bir silindire sarılı esnek tabakalar halinde kolayca taşınabiliyor. Kullanım alanına getirildiğinde, işçiler silindiri yuvarlayarak tabakaları açıyor ve üzerini suluyor. Kumaş sulandığında sertleşerek ince, sağlam, su geçirmez ve ateşe dayanıklı beton bir katman oluşturuyor. Tabakalar toz halindeki betonun iki dokuma arasına sıkıştırılmasıyla oluşur; iki dokuma birbirine fiber bağlarla tutunur. Bu fiberler ve kuru çimento suyu emer. Malzeme kuruduğunda ortaya sert bir matriks çıkar. Uygulama alanları şöyle: Çatı kaplama, sel baskını için set oluşturma, beton alanları yenileme, tünel ve kanal oluşturma, istinat duvarı, erozyon kontrolü ve bina cephe kaplama.

5) OLAĞANÜSTÜ SAĞLAM, OLABİLDİĞİNCE HAFİF ALAŞIMLAR

Metal üreticilerinin korkulu rüyası, askeri uçakların iniş takımları için alaşım geliştirmektir. Bu alaşımın, hem olağanüstü sert ve sağlam, hem de olabildiğince hafif olması gerekir. Northwestern Üniversitesi’nden malzeme bilimcisi Gregory B. Olson ve ekibi bu amaçla iki çeşit paslanmaz çelik alaşımı geliştirdi. Bu alaşımların en önemli avantajı, modern iniş takımlarında bugün kullanılmakta olan çelik ve pahalı titanyum alaşımların paslanmaması için gerekli olan toksik kadmiyum kaplamalara ihtiyaç duymamasıdır. Yeni alaşımlar kimyasal termodinamik bilimini simüle eden devrim niteliğindeki bilgisayar modelleri yardımı ile geliştiriliyor. 6) BİTKİLERDEN PLASTİK Bitkilerde bulunan bir malzemeden yapılan kompleks bir doğal polimer, bisfenol A’nın (BPA) yerini alabilecek. Kırılmama özelliğine sahip BPA, gözlük camları, DVD’ler ve biberonların üretiminde kullanılıyor. Ancak son günlerde insan sağlığına zararlı olduğu yönünde ciddi kaygılar söz konusu. Tayvan’da Zhudong kentinde bulunan Endüstriyel Teknoloji Araştırma Enstitüsü’nden (ITRI) bilim insanları, zehirli olmayan yeni plastiğin üretiminde selülozun yanı sıra, ağacın diğer temel yapıtaşı olan ligninden yararlanıyor. Aynı malzeme ayrıca konserve kutularının iç kaplamalarında kullanılacak; poliüretan köpük ve polyesterin de yerini alabilecek.

7) YANMAYAN ASKER GİYSİSİ

Asker giysilerinin ısıya ve ateşe dayanıklı olması gerekir. Fakat bugün kullanılmakta olan koruyucu dokumalar, ya askeri zorlayacak kadar ağır oluyor, ya da yangınlarda yeterli yalıtımı sağlayamıyor. Güney Carolina, Spartanburg kentindeki Milliken & Company isimli kimya şirketi, bu amaçla ürettiği kumaşlarda artık pamuktan yararlanıyor. Ancak pamuk, ateşe dayanıklı, fosfor tabanlı bir katkı maddesi ile işlemden geçiyor. Bu işlem kumaşın yanmasını engelliyor.

8) DEĞİŞEN ÇEVRE KOŞULLARINA TEPKİ VEREN AKILLI MALZEMELER

Canlı organizmalar, ortamlarında bir değişiklik olduğunda –sıcaklık, pH, basınç, kritik moleküllerin varlığı veya yokluğu- hayatta kalmak için çeşitli yollar geliştirir. Son günlere kadar yapay malzemeler böyle bir uyum yeteneğinden yoksundu. Harvard Üniversitesi’nden bir grup mühendis ısıl dengesini kendi kendine düzenleme stratejisine sahip bir nano malzeme geliştirdi. SMARTS (Self-regulated Mechano-chemical Adaptively Reconfigurable Tunable System) adı verilen malzeme platformu, kimyasal reaksiyonları kendi kendine açıp kapayabilen bir beceriye sahip. Bu gelişme, ortama anında ayak uydurabilen akıllı tıbbi implantların ve değişen hava koşullarına tepki verebilen dinamik binaların yolunu açabilir. Malzemenin bu özelliklere sahip olması durumunda robotik, bilişim ve sağlık sektörleri de gelişmelerden yararlanabilecek.

9) PAMUK HELVADAN ESİNLENEREK ÜRETİLEN NANO FİBERLER

Harvard Üniversitesi’nden biyo- mühendislerin yepyeni bir teknoloji ile geliştirdiği minik nano fiberler, yapay organlar ve doku mühendisliğinden, tekstil ve hava filtreleri üretimine dek çok geniş bir kullanım potansiyeline sahip olacak. Yüksek devirli santrifuj ile pamuk helva makinesinin karışımına benzeyen makine, bir tambur ve çıkış deliğinden oluşuyor. Nano Letters dergisinde yayımlanan bir makalede tanıtımı yapılan teknoloji, nano fiber üretmekte kullanılan eski “elektro-spinning teknolojisine” göre hem daha verimli hem de daha ekonomik. Harvardlı ekibin “rotary-jet- spinning” tekniği ile ürettiği nano fiberler, erimiş şeker gibi uzuyor ve kuruduğunda ince ipeksi şeritler haline geliyor.

10) HAVADAN HAFİF MALZEME

Kiel Üniversitesi ve Hamburg Teknoloji Üniversitesi’nden Alman malzeme bilimcileri, aerografit adını verdikleri dünyanın en hafif malzemesini geliştirdiler. Bir santimetre küp aerografitin ağırlığı yanızca 0.2 miligram; yoğunluğu sudan 5.000 kez daha az; havadan 6 misli daha hafif. Aerografit o kadar hafif ki, normal bir laboratuvarda üzerinde çalışmak mümkün değil. Laboratuvardaki en ufak bir hareketin yarattığı rüzâr malzemenin uçuşmasına yol açıyor. Bir kilogram ağırlığındaki malzeme beş metreküplük bir hacme sahip. Çapı 15 nm olan karbon tüplerden oluşan tel örgü görünümündeki Aerografit, hafifliği ve görece olarak geniş yüzey alanı ile lityum-iyon pillerin hafiflemesine yol açabilecek. Malzemenin ayrıca su geçirmez giysi üretiminde kullanılması planlanıyor. Bunun yanı sıra hafif bilgisayarlarda, hava ve su filtrelerinde ve uyduların koruyucu kalkanlarında kullanılabilir.

11) ÇEVRE SORUNLARINA ÇÖZÜM GETİREN MALZEME

Hidrojen üreten, kirli suları temizleyen, hatta enerji kaynağı olarak kullanılabilecek “süper” bir malzeme, Singapur’daki Nanyang Teknik Üniversitesi’nde geliştirildi. Titanyum dioksit kristallerinin nanofiberlere dönüştürülmesiyle elde edilen filtre zarı (membran), karbon, bakır, çinko veya kalay da içeriyor. Malzemenin üreticileri, ucuz yenilenebilir enerji ve temiz su gibi dünyanın iki önemli sorunun bu malzeme ile çözülemeyeceğini, ancak bu çok amaçlı filtrenin önemli ölçüde fayda sağlayacağını iddia ediyor. TiO2 adı verilen malzeme deniz suyunu tuzundan ayrıştırabiliyor, esnek su filtresi zarı olarak kullanılabiliyor, tuzlu su arıtma tesislerinde geride kalan tuzlu atıktan enerji üretebiliyor, esnek güneş pili olarak işlev görüyor ve lityum-iyon pillerin ömrünü uzatabiliyor.

12) BÖCEK KANADINDAN ESİNLENEREK ÜRETİLEN MALZEME

Shrilk adı verine yeni bir malzeme böcek kanatlarının sağlamlık, dayanıklılık ve çeşitlilik gibi özelliklerine sahip. Karides kabukları ve ipekten üretilen malzeme, çöp torbaları, ambalaj kağıdı ve çocuk bezi üretiminde kullanılabilecek. Harvard Üniversitesi’nden bilim insanlarının geliştirdiği Shrilk’in ayrıca yara bantları ve kendi kendini yenileyen doku üretiminde yararlı olabileceği düşünülüyor. Shrilk’in bir diğer önemli özelliği de doğaya kolay karışabilir olması. Dolayısıyla tüketici ürünlerinde kullanılan plastiğin yerini almasıyla, çevre kirliliği büyük ölçüde engellenebilecek. BİLİM TEKNOLOJİ EKİ