Esin Kaynağı Kemik Olan Malzeme Titreşimle Güçleniyor
Fotoğraf : Chicago Üniversitesi’nde geliştirilen yeni bir malzemenin mekanik strese maruz bırakılması mukavemetinin artmasına neden olur. Kredi: Z. Wang ve ark./ Nature Materials
Binayı destekleyen bir kiriş ya da okuldaki bilim projelerini bir araya getiren bir bant parçası olsun, malzemelerin yaşlandıkça daha zayıf hale gelmesi fikrine alıştık. Ancak Chicago Üniversitesi’nde (UC) yeni bir buluş bu senaryoyu tersine çevirebilir. Mühendisler, farklı yükleri desteklemek için kemiklerimizin kütlesini ve kuvvetini uyarlama biçiminden ilham alarak, titreşimler ve stres nedeniyle zamanla gerçekten güçlenebilen yeni bir jel türü geliştirdiler.
Araştırma ekibini yöneten Aaron Esser-Kahn, “diğer tüm malzemeler titreştiğinde zayıflar” diyor. “Bir malzemenin mekanik titreşimle kendisini güçlendirebileceğini göstererek bu süreci ilk kez tersine çevirdik.”
İnsan kemiğinin uyarlanabilir doğası Esser-Kahn ve ekibi için ilhamın bir kısmını oluştururken, diğer kısmı piezoelektrik olarak bilinen etkiden geldi. Bu, mekanik stres ve titreşimi alarak bu hareketi bir elektrik yüküne dönüştürebilen cihazları ve malzemeleri ifade eder. Bu teknolojinin ayakkabılara, yollara ve dizüstü bilgisayar klavyelerine nasıl entegre edilebileceğini gördük, ancak UC ekibi bu özel uygulamayı türünün ilk örneği olarak tanımlıyor.
Araştırmacılar, piezoelektrik etki ile üretilen bir yükün, malzemenin gücünü artıran bir reaksiyonu tetiklemek için kullanılabileceği fikriyle başladılar. Bu nedenle, doğru özelliklere sahip bir jel elde etmek için çeşitli kimyasallarla deneyler yapmak zorunda kaldılar. Düzinelerce karışımla çalıştıktan sonra, ekip sonunda tiyol-en reaktörleri ve çinko oksit piezoelektrik parçacıkları olarak bilinen bir karışımdan oluşan bir polimer jel sayesinde amaçlarına ulaştı.
Malzeme, enerjiyi ileten ve malzemede yeni çapraz bağlar oluşturma etkisine sahip bir tiyol-en reaksiyonu başlatan parçacıklar sayesinde titreşim ile güçlendirilebilir. Ekip, testlerde bu yumuşak jeli sadece titreşime maruz bırakarak kendi gücünün 66 katı olan kemik iç sertliğine yakın bir sertliğe sahip bir malzemeye dönüştürdü. İlginç bir şekilde, malzeme strese fazla maruz kaldığı alanlarda daha fazla güçlendi.
Esser-Kahn, “tıpkı kemik gibi, malzeme de uyguladığımız güç miktarına göre güçlendi” dedi.
Ekip, yaşla birlikte daha fazla güçlenen binalar veya vücuda daha etkili bir şekilde entegre olan tıbbi implantlar da dahil olmak üzere bu tür bir malzeme için birçok olasılık görüyor. Umut verici bir diğer alan da havacılık ve uzay mühendisliğinde farklı malzemeleri bir araya getirmek için kullanılan yapıştırıcılardır.
Esser-Kahn, “yapıştırıcılar bundan büyük ölçüde etkilenebilir” dedi. “Yapıştırıcılar neredeyse her zaman malzemelerdeki başarısızlık noktalarıdır. Bu, çok daha iyi yapışan ve sertleşen özel yapıştırıcıların geliştirilmesine yol açabilir.”
Araştırma “Nature Materials” dergisinde yayınlandı.
Kaynak: newatlas.com
