Dayanıklı Ahşap ‘Süngerler’ Mekanik Gerilimin Yeşil Sensörleri gibi Davranırlar
Fotoğraf : Bu fotoğraf,odun karbon süngerinin bir karahindibanın tohumlarının üzerinde dengelenecek kadar hafif olduğunu göstermektedir.
Yumuşaklık ve dayanıklılık arasındaki doğru dengeyi sağlayan balsa ağacı, model uçaklardan tam boyutlu rüzgar türbini kanatlarına kadar her şeyin üretimi için tercih edilen bir malzemedir. Bilim insanları balsayı, doğal yapısını kimyasal ve fiziksel işlemlerle ele geçirerek tekrarlanan sıkıştırma ve diğer aşırı mekanik koşullara dayanabilen bir ‘ahşap karbon süngeri’ haline dönüştürmek için yeni bir olasılıklar alanı açtılar.
Yumuşaklık ve sağlamlık arasındaki doğru dengeyi sağlayan balsa ağacı, model uçaklardan tam boyutlu rüzgar türbini kanatlarına kadar her şeyi üretmek için tercih edilen bir malzemedir. Amerika Birleşik Devletleri ve Çin’deki bilim adamları balsanın, doğal yapısını kimyasal ve fiziksel işlemlerle ele geçirerek tekrarlanan sıkıştırma ve diğer aşırı mekanik koşullara dayanabilen bir “ahşap karbon süngeri” haline dönüştürmek için yeni bir olasılıklar alanı açtılar. Çalışmaları 1 Mart’ta Chem dergisinde yayınlandı.
Kıdemli yazar Liangbing Hu(Maryland Üniversitesi’nde-College Park (UMD) ‘nin A. James Clark Mühendislik Okulu-nano-mühendis ve malzeme bilimcisi) ,”Sonuçlarımız, sert ve sıkıştırılamayan balsaların kimyasal arıtma ve karbonizasyon prosesi ile yüksek oranda sıkıştırılabilir hale getirilebildiğini, mekanik sıkıştırılabilirlik ve yorulma dayanımına sahip bir ahşap karbon süngeri ve rapor edilen sıkıştırılabilir karbonlu malzemelerin çoğunu aşan elektriksel tepki duyarlılığının sağlanabileceğini ortaya koymaktadır” diyor. “Bu ahşap karbon süngeri, tamamen doğal ahşaptan basit ve uygun maliyetli bir yöntemle üretildiğinden, kaynak malzeme karbon nanotüpler veya grafen gibi popüler seçeneklerin aksine, son derece yenilenebilir ve sürdürülebilirdir.”
Yazarlar, balsa ağacının normal hücre duvarı yapısını koruyan sert hemiselüloz ve lignin liflerini yok etmek için ortak kimyasallar kullanarak ahşap karbon süngerinin bükülebilir fakat dayanıklı mimarisine ulaşmış ve daha sonra organik malzemeyi tek başına karbon haline getirmek için işlenmiş ahşabı 1000 ° C’ye kadar ısıtmışlardır. Sürecin net sonucu, balsa ve diğer ağaçların mikroyapısında tipik olarak tekrarlanan,düzenli, dikdörtgen bölmeleri yıkmak ve Hu tarafından sarmal bir yay ile bal peteği arasındaki çaprazlamaya benzetilen,dalgalı,birbirine geçen, kemer benzeri karbon levhaların bir yığınıyla değiştirilmesidir.
Oysa normal,herhangi bir kimyasal modifikasyon olmaksızın sadece ısıtma aşamasından elde edilen karbonize ahşap o kadar kırılgandır ki, uygulanan herhangi bir makul kuvvet onu geri dönüşümsüz olarak kül ve toz haline getirmektedir ancak ahşap karbon süngeri deformasyondan önce ardışık 10,000 denemede önemli bir sıkıştırmaya dayanmış ve eski haline gelmiştir.Böyle bir performans başlangıçta, Maryland Üniversitesi’nde-College Park’ta- makine mühendisi olan Teng Li ve Huazhong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nde (Çin) elektrik mühendisi olan Jia Xie tarafından yönetilen araştırma ekibini şaşırttı.
Sünger üzerinde daha fazla mekanik ve elektrik deneyi yapıldıktan sonra araştırmacılar, insan parmağına bağlanması için bir parçasını uygun bir gerilim sensörü protipiyle birleştirerek, giyilebilir fitness veya sağlık izleme elektroniklerinde kullanılması için arzu edilen kaliteyi elde edebildiler.
Araştırmacılar ahşap karbon süngeri malzemesinin, su arıtma cihazlarına, enerji depolamasına ve konuşma teknolojilerine, süper kapasitörler gibi ve şarj edilebilir pillere de dahil edilebileceğine inanıyor. Hu, “Çok sayıda uygulama,diğer doğal yapılardan ve kaynaklardan ilham alarak, ağaçlar gibi doğal materyallerin gizli potansiyellerini araştıran bir stratejinin değerini gösteriyor’’diyor.
Bu çalışma Maryland NanoCenter tarafından desteklendi.
Kaynak : sciencedaily.com
