Malzeme Bilimi: Kimya ve Fizik Sayesinde Geleceğin Malzemelerini Üretmek

TVC-mall WW

Malzeme bilimi, yeni materyallerin tasarımı ve keşfi ile ilgilenen bilimler arası alandır.

Malzemeleri incelemeyi içeren yeni bir bilim alanı olmasına rağmen, asıl fikir Aydınlanma Dönemindeki kimya, mineroloji ve mühendislik alanlarının ortaya çıkışına kadar uzanır.

Malzeme bilimi fizik ve kimyayı birleştirir ve nanobilim ve nano teknoloji araştırmalarında ön planda yer alır. Günümüz bilim insanları, metal alaşımlarından seramiğe, iletken plastikten metalik köpüklere kadar kulağa tuhaf gelen birçok yapısal, elektriksel, elektronik, optik malzemeyi araştırıyor.

Malzeme Bilimi Aracılığı İle Tanıştığımız Etkileyici 5 Materyal
1-Aerojel

Aerojel, 1930’ların sonlarında Samuel S. Kistler tarafından geliştirilmiştir. “Yeryüzündeki bilinen en hafif katı madde” olarak tanımlanmaktadır. %99,98’i havadan oluşan aerojeller o kadar hafiftir ki aerojelden yapılmış 150 adet tuğla 4 kilo bile etmemektedir.

Aerojeller, jellerin sıvı bileşeninin gaz ile değiştirilmesiyle elde edilen gözenekli sentetik maddelerdir. Her ne kadar ismi bir sıvıyı andırsa da bunun aksine katı ve kuru malzemedir. Jel, biri katı madde diğeri dispersiyon (dağılım) maddesi olmak üzere iki bileşenden oluşan bir karışımı tanımlar. Dispersiyon maddenin hava olması durumunda oluşan yapı aerojel (aerogel), su olması durumunda ise hidrojel (hydrogel) olarak tanımlanmaktadır.
Aerojeller genelde silika (silikon dioksit) kullanılarak yapılsa da diğer metal oksitler, karbon, polimer ve hatta grafen bile aerojel üretiminde kullanılabilir. Farklı malzemeyi seçerek aerojelin özelliklerini farklı kullanım alanlarına uydurmak mümkündür. Örneğin bakır içerikli camlardan yapılmış aerojeller yarıiletken özellik sergiler ve güneş ışığıyla hidrojenden su elde etme ya da güneş pilleri gibi enerji uygulamalarında kullanılma potansiyeline sahiptir.

2-Metalik Hidrojen

Görsel kaynak: https://www.webtekno.com/bilim-insanlari-yeni-bir-madde-uretmeyi-basardilar-metalik-hidrojen-h24879.html

Hidrojenin gaz olduğunu biliyoruz ama doğanın en bol bulunan elementinin farklı bir yanı olabileceği 1935 yılında tahmin edilmiş olsa da varlığı yakın zamanda keşfedildi.

Giderek artan basınçlarda elmas uçlar arasında sıkıştırılan hidrojen gazı önce bir şeffaf katıya, sonra da bir opak siyah katıya dönüşüyor. Ancak 495 gigapaskal basınca (Dünya’nın çekirdeğindekinden daha yüksek) erişildiğinde metallere özgü özelliklere sahip olabiliyor. (parlaklık ve iletkenlik gibi).

Araştırmacılar metalik hidrojenin oda sıcaklığında süperiletken alabileceğine ve elektriğin daha verimli iletimine izin verebileceğine inanıyor. Aynı zamanda yüksek yoğunluklu roket yakıtı olarak kullanılma ve uzay bilimlerine katkıda bulunma potansiyeli var.

3-Grafen

Grafen: Altıgen Dizilimdeki Karbonlardan Oluşan Tek Katman
Wikipedia

Karbonun yıllar boyunca yalnızca iki allotropu olduğu düşünüldü: Elmas ve grafit. Allotroplar bir elementin farklı biçimleridir ve çoğu zaman farklı özellikleri bulunabilir. Mesela kuşun kalem uçlarında karşımıza çıkan grafit yumuşak ve siyahken elmas sert ve şeffaftır. Ama ikisi de üç boyutlu olarak birbirine bağlanmış karbon atomları içerir.

Grafit üç boyutlu bir molekül olmasına rağmen, birbirine çok sıkı bağlı karbon atomlarından oluşan tabakalar halindedir ve bu tabakalar arasındaki bağ, atomlar arası bağdan çok daha zayıfdır. Grafen, grafitin tek katmanlı haline verilen isimdir. Yine altıgen şeklindeki karbon dizilimine sahip olan ancak üç boyutlu yapısı sadece 1 atom yüksekliğinde olan bir malzemedir.

Grafen, hayal edebileceğiniz en ince malzemelerden birisidir. Aynı zamanda, bildiğimiz en güçlü, en sert, en esnetilebilir malzemelerden birisidir.

Grafen üretim aşamasındaki zorluklardan dolayı hâlâ yaygın bir malzeme sayılmaz. Ancak günümüzde yüzlerce şirket bu amaç için çalışıyor. Araştırmalar grafenin enerjiyle ilgili uygulamaları olabileceğini gösteriyor. Örneğin, daha fazla enerji tutan ve daha çabuk şarj olan pillerin geliştirilmesinde bu malzeme kilit rol oynayabilir. Süper
hidrofobik olan grafenle, su geçirmez malzemeler yapılabilir.

Ayrıca grafen, biyolojik ve kimyasal algılayıcılarda kullanım için büyük potansiyele sahip. Bilim insanları grafen algılayıcıların dişlerdeki bakterileri saptamaktan tutun da hastalık teşhisine kadar geniş bir alanda kullanılacağını tahmin ediyor.

4-Vantablack

Vantablack, görebileceğimiz şeyler arasında bir karadeliğe en çok benzeyeni olarak tanımlanıyor. Üstüne düşen ışığın %99,965’ini absorbe edebilen Vantablack, insanların şimdiye dek ürettiği en koyu madde olma rekorunu da elinde tutuyor. Vantablack le kaplanmış üç boyutlu nesneler o denli siyah oluyor ki iki boyutlu görünüyor.

Kaplama olarak geliştirilen Vantablack’in birçok teknik kullanım alanı mevcut. Örneğin uzay sondalarındaki optik aygıtlar bunlardan bir tanesi,
başıboş ışığı azaltan bu malzeme sayesinde, en uzaktaki, en soluk gökbilimsel nesneleri saptamak mümkün olabilecek.

5-LiquiGlide

LiquiGlide uygun maliyetli, atık azaltıcı ve çevre dostu yeni gıda paketleme kaplaması. Bir ketçap ya da mayonez şişesinin içinin bu kaplama ile yapılması durumunda içindekiler hiçbir yere yapışamayacağından hiçbir şey boşa gitmeyecek. Petrol sektörü de LiquiGlide’dan yarar sağlayacak. Boru hatlarının içini LiquiGlide’la kaplayınca petrol pompalamak için gereken enerji miktarı azalacak. Dahası, birçok şeyi temizlemek kolaylaşacak ve LiquiGlide sayesinde harika su geçirmezlik elde edilebilecek.

Kaynak:Matematiksel

Bir Önceki Yazımız Olan Gökyüzündeki Pi: Pi Sayısı ile Genel Göreliliği Kontrol Etmek Başlıklı Makalemizde Hakkında Bilgiler Verilmektedir.

Bu Haberi Sosyal Ağlarda Paylaşın!

İlgili Mesajlar

Leave a Comment