Kedi Patilerinden İlham Alınarak Üretilen Malzeme
Fotoğraf 1: Kedilerin patileri atlamalardan sonra güvenli bir iniş sağlar. Pati yastıklarının hiyerarşik ağ yapısı çarpmanın enerjisini emer ve dağıtır. Bu ilhamdan yola çıkılarak üretilen yeni kompozit malzeme, çiğ yumurtayı 50 cm yükseklikten düşmeye karşı korumaktadır.
Çalışmanın yazarlarından biri olan Faxiang Qin, kedilerin en meşhur özelliklerinden biri olan 9 canlı olma durumunun büyük ölçüde darbeye dayanıklı pati yastıklarından kaynaklandığına dikkat çekti ve “Kedi patilerinin gerçek çok boyutlu biyolojik mimarisinden esinlenerek hiyerarşik ağ mikroyapısı ile darbelere karşı oldukça dayanıklı bir metakompozit malzeme tasarladık ve ürettik.” dedi.
Kedi patilerinin yastıkları, bir dış deri veya epidermis, daha kalın bir doku veya dermiş tabakası ve asıl enerji emici işlevi gören bir yumuşak deri altı tabakası olmak üzere üç katmandan oluşmaktadır. En sondaki önemli katman gözenekli, çapraz ağlar halinde düzenlenmiş esnek kolajen lif demetlerinden oluşmaktadır. Bu yapı, genel bütünlüğü ve mekanik mukavemeti koruyan ve aynı zamanda lifli yapısı sayesinde darbelerin enerjisini emen ve sönümleyen kabarık yastıklar gibi davranan yağ dokusu ile dolu büyüklü küçüklü odacıklardan oluşmaktadır.
“Sert elastik kolajen ile sarılı olan her bir ayrı yumuşak yağ bölmesi, enerji dağılımından sorumlu küçük bir hidrostatik sistem gibi davranır.” dedi Qin. Hua-Xin Peng liderliğinde Qin ve meslektaşları bu çok ölçekli karmaşık yapılı mimariyi taklit etmek için büyük gözenekli odacıklara sahip küresel bir açık hücreli poliüretan köpüğü hücresel ağına dayalı bir metakompozit tasarladı. Metakompozit, özelliklerini hem fonksiyonel birimler olarak dolgu maddelerinden hem de tek veya birden çok uzunluk ölçeklerinde görülen düzenli yapılardan alan bir malzemedir. Poliüretan iskeleti, yapıya mukavemet ve dayanıklılık kazandırmak için grafit oksit ve çok duvarlı karbon nanotüp nano-mürekkeplerle kaplanmıştır. Grafit oksit ve çok duvarlı karbon nanotüp membran ve odacıklarını içine sokmak için ise bir dondurarak kurutma tekniği kullanılır. Son olarak, gerekli sıçramayı sağlamak için köpük, poliborondimetilsiloksan ile doldurulur. Yumuşak bir polimerin etrafına sarılmış sert bir polimerin oluşturduğu bu kombinasyon birinin enerji emici özelliğini kullanırken diğerinin güçlendirici özelliklerinden tam olarak yaralanılır.
Fotoğraf 2: Kediler, yüksekten atlamanın etkisini absorbe etmek için kalın pati pedlerine sahiptir. (b, c) Bir kedinin patisinin deri altı histolojik görüntüleri. (d) Daldırm-kaplama, dondurarak kurutma ve akış-doldurma işlemleriyle kompozitin üretiminin şematik akış grafiği. (e) 100 x 100 x 8 mm kompozit pedin görüntüsü. Malzemenin olağanüstü esenekliği (f) rasgele şekillerde bükülür, (g) bir silindirin şeklini alabilir, (h) bilek koruyucusu olarak giyilir.
Metakompozit, düşük kinetik enerji düşüş testlerinde darbe enerjisinin neredeyse %100’ünü dağıtma kabiliyetini gösteren olağanüstü sönümleme ve darbe enerjisi emme özellikleri sergiler. Aslında, yeni metakompozitin 5 mm kalınlığındaki bir parçasına sarılmış bir yumurtanın 50 cm’den düşmeye kırılmadan dayanabileceğini gösteriyor. Araştırmacılar, yeni malzemenin spor veya havacılık uygulamalarında bilek korumaları gibi koruyucu giyilebilir öğeler için büyük bir potansiyele sahip olduğuna inanıyor. Metakompozit yumuşak, esnek ve darbeye dayanıklı olmasının yanı sıra, sürünmeye karşı dayanıklı, güçlü, uyarlanabilir sertliğe sahiptir ve eski şekline geri dönme gibi özelliklere sahiptir. Qin, araştırmacıların artık sönümleme performansını iyileştirmek ve pratik uygulamaları hedeflemek için üretim sürecini optimize etmeye çalıştıklarını söylüyor.
Kaynak: materialstoday.com
