Kararlı Aerojel Üretiminin Kontrolü
Fotoğraf: Yazarlar ve yeni geliştirilen gözenekli jel.
Kyoto Üniversitesi’deki araştırmacılar, malzeme bilimi alanında temel zorlukların üstesinden gelebilen yumuşak, gözenekli malzemelerin üretimini kontrol etmek için yeni bir yaklaşım geliştirdiler.
Küçük boşluklarına rağmen kararlı bir yapıya sahip olan gözenekli jel benzeri malzemeler, çok çeşitli potansiyel uygulamalara sahiptir. Bina yalıtımı, enerji depolama cihazları, havacılık teknolojileri ve hatta çevre temizliğinde bile hafif ve esnek malzemelerin kullanımından yararlanılabilir. Metal-organik çok yüzlü (MOP) adı verilen moleküler topluluklar, ilginç şekilleri ve gözenekli yapıları nedeniyle bu malzemelerin kullanımını ilgi çekici hale getiriyor. Ancak bu molekül topluluklarından gerçek ve kontrollü gözenekli malzemeler üretmek bir sorun olmaya devam etmektedir.
Japonya ve İspanya’daki meslektaşlarıyla birlikte Kyoto Üniversitesi Birleşmiş Hücre-Malzeme Bilimleri Enstitüsü’nden (iCeMS) Shuhei Furukawa, organik bağlayıcılar kullanarak MOP’ ların kendi kendine bağ oluşturması yoluyla gözenekli bir jelin sentezini kontrol etmenin bir yolunu buldu.
Kuvvetli karboksilat bağları ile bağlı rodyum atomlarından oluşan kübik bir sekizyüzlü şekle sahip MOP’lar ile başladılar ve bu yapı şekli de yüksek bir yapısal kararlılık derecesi sağladı. MOP’lar, Moleküllerin kendiliğinden bir araya gelip bağ oluşturması işlemini tetiklemek için organik ‘bağlayıcı’ molekülleri olan bir sıvı çözücüye yerleştirildi. Ekip, aşamalı olarak çözeltiye bağlayıcılar eklenilmesinin ve çözeltinin sıcaklığının değiştirilmesinin, gelişmekte olan küresel parçacıkların oluşumunu ve boyutunu kontrol etmelerini sağladığını buldu.
Araştırmacılar, reaksiyon koşullarındaki ince değişikliklerin reaksiyonların sonucunu büyük ölçüde etkilediğini keşfettiler. Takım, 80 ° C’de rodyum MOP çözeltisine büyük miktarda bağlayıcı molekül eklediğinde ve hızlı bir şekilde oda sıcaklığına kadar soğutulduğunda, bir jel oluşmuştur. Ekip daha sonra jele süper kritik karbon dioksit ile muamele etti. Sonrasında gaz, jelin sıvı bileşenini değiştirerek ultra hafif bir ‘aerojel’ oluşumuna neden oldu.
Araştırmacılar Nature Communications dergisinde yayınlanan çalışmada, bulgularının kalıcı gözenekliliği olan yumuşak ve esnek malzemelerin üretilmesine öncülük edeceğini söylüyorlar ve araştırmalarını şu şeklinde sonuçlandırıyorlar; “Biz, moleküler ölçekli geometriler ile ortaya çıkan makroskopik şekiller arasındaki ilişkiyi anlayarak; hem kalıcı olarak gözenekli hem de materyal işleme için uygun olan yumuşak malzemenin geliştirilmesine yönelik gerçek bir ilerlemenin sağlanabilir olduğunu öngörüyoruz.”
Kaynak: phys.org
