Karbon Nanotüplerden Yapılmış Yeni Kompozit Malzeme
Elektriksel iletkenliği oldukça yüksek, son derece hafif ve çelikten daha kararlı olan karbon nanotüpler benzersiz özellikleri sayesinde ultra hafif piller, yüksek performanslı plastikler ve tıbbi implantlar gibi çok sayıda uygulama alanı için ideal olacaktır. Bununla beraber bu zamana kadar endüstri ve bilim için, nano ölçekte olağanüstü özellikleri işlevsel bir endüstriyel uygulamaya aktarmak zor olmuştur. Karbon nanotüpler ya diğer malzemelerle yeteri kadar birleştirilemezler ya da birleştirilebildiğinde faydalı özelliklerini kaybederler. Kiel Üniversitesi (CAU) ve Trento Üniversitesi’ndeki Fonksiyonel Nanomalzemeler çalışma grubundaki bilim insanları, küçük tüplerin karakteristik özelliklerini muhafaza edebilmeleri için diğer malzemelerle birleştirilebildiği alternatif bir metod geliştirdiler. Böylelikle, iplik benzeri boruları aşırı kuvvetlere dayanabilen kararlı bir 3B ağda “keçe” haline getirdiler. Araştırma sonuçları Nature Communications dergisinde yayınlandı.
Endüstri ve bilim, haddelenmiş grafenin olağanüstü özelliklerinden faydalanmak için 100 nanometreden önemli ölçüde daha az genişlikte olan karbon tüpleri (karbon nanotüpler, CNT’ler) yoğun bir şekilde araştırmaktadır. Yine de çoğu araştırma hala sadece teori olarak kalmıştır. Kiel Üniversitesi’ndeki Fonksiyonel Nanomalzemeler çalışma grubu başkanı Profesör Rainer Adelung, “Karbon nanotüpler, fiber teller gibi esnek olsalar da, değişikliklere karşı çok hassastırlar. Onları diğer malzemelerle kimyasal olarak bağlamaya yönelik önceki çalışmalarla, moleküler yapılarının da değiştiği görülmüştür. Ancak bu durum genellikle özelliklerinin büyük ölçüde bozunmasına neden olmuştur.” dedi. Buna karşılık, Kiel ve Trento’dan araştırma ekibine göre, bu basit bir ıslak kimyasal infiltrasyon işlemine dayanıyor. Karbon nanotüpler su ile karıştırılır ve sıvıyı bir sünger gibi emen çinko oksitten yapılmış aşırı derecede gözenekli bir seramik malzemeye damlatılır. Damlatılan iplik benzeri CNT’ler kendilerini seramik iskeleye tuttururlar ve otomotik olarak keçeye benzer sabit bir tabaka oluştururlar. Seramik iskele adeta nanotüpler ile kaplanır.
Bu uygulama ile seramik iskelenin sağlamlığı kendi ağırlığının 100.000 katını taşıyabilecek şekilde artar. Yayının ortak yazarı Fabian Schütt, seramik malzeme tek başına 50 gram taşıyabilirken, CNT kaplama ile birlikte yaklaşık 7,5 kg taşıyabilir derken karbon nanotüpleri seramik iskeleye mekanik destek sağlamak için giydirilmiş bir kazağa benzetti. Ayrıca “Malzeme üzerindeki basınç, CNT keçesinin gerilme mukavemeti tarafından absorbe edilir ve basma kuvvetleri, çekme kuvvetlerine dönüştürülür.” dedi.
Bu durumun arkasındaki prensip, Asya’da yaygın olarak bulunan bambu binalar ile kıyaslanabilir. Burada bambu sapları bir iple sıkıca bağlanır ve bu hafif malzeme ile son derece sağlam bir iskele hatta bir bina oluşturabilir. Yayının ortak yazarı Helge Krüger, “Nano ölçekte, CNT ipliklerinin kendilerini seramik malzemenin etrafına sarmasıyla aynısını yapıyoruz.” dedi.
Malzeme bilimciler, prosesin başka bir önemli avantajını göstermeyi başardılar. İkinci aşamada, kimyasal aşındırma işlemi ile seramik iskeleyi çözündürdüler. Geriye sadece küçük CNT tüplerden oluşan ince bir 3B tüp ağı kaldı. Böylece, araştırmacılar keçe yüzeyini büyük ölçüde arttırabildiler ve reaksiyonlar için daha fazla fırsat yarattılar. Schütt, “Temel olarak bütün bir plaj voleybolu sahasının yüzeyini bir santimetre küp haline getiriyoruz.” dedi. Üç boyutlu yapının içindeki devasa boşluklar daha sonra bir polimer ile doldurulabilir. Böylece CNT’ler, moleküler yapıları ve dolayısıyla özellikleri değiştirilmeden plastiklerle mekanik olarak bağlanabilir. Schütt, “CNT’leri özel olarak hazırlayabilir ve elektriksel olarak iletken bir kompozit malzeme üretebiliriz. Bunu yaparken aynı iletkenliği elde etmek için CNT miktarının sadece bir kısmı gerekir.” dedi.
CNT’ler, iletken plastikler için dolgu malzemesi olarak pil ve filtre teknolojisi, rejeneratif tıp implantları, nano ölçekte sensörler ve elektronik bileşenler gibi geniş kullanım alanına sahiptir. Gelecekte, yırtılmaya karşı dirençli ve iyi elektriksel iletkenliği olan malzemenin, fonksiyonel giyim veya tıbbi teknoloji alanı gibi esnek elektronik uygulamalar için kullanımı ilginç olabilir. Adelung, “Örneğin kemik veya kalp hücrelerinin büyümesini uyaran bir plastik oluşturmak düşünülebilir.” dedi. Bilim insanları basitliği nedeniyle, prosesin diğer nanomalzemelerden yapılmış ağ yapılarına da aktarılabileceği konusunda hemfikirdir, bu da olası uygulama yelpazesini daha da genişletecektir.
Kaynak : sciencedaily.com
