Mühendis Patentli : Yüksek Sıcaklıktaki Seramikleri Oluşturmak için Suya Benzeyen Polimerler

Bir mühendis; silisyum, bor, karbon, azot ve hidrojen olmak üzere beş maddeyi kullanarak değerli termal, optik ve elektronik özelliklere sahip bir seramik haline dönüşebilen bir sıvı polimer oluşturdu.

Kansas Devlet Üniversitesi’ndeki mekanik ve nükleer mühendislik profesörü Gurpreet Singh, Harold O. ve Jane C. Massey Neff; değerli termal, optik ve elektronik özelliklere sahip bir seramik haline dönüşebilen bir sıvı polimer patenti aldı.

Yakın zamanda patentli bir Kansas Devlet Üniversitesi mühendisinin polimeri sayesinde seramik tekstiller, gelişmiş jet motor bıçakları, 3 boyutlu baskılı seramikler ve daha iyi piller yakında ortaya çıkabilir.

Gurpreet Singh, Harold O. ve Jane C. Massey Neff mekanik ve nükleer mühendislik ortak profesörü, beş maddeyi (silisyum, bor, karbon, azot ve hidrojen) kullanarak değerli bir termal, optik ve elektronik özellikte seramik haline dönüşebilen bir sıvı polimer oluşturdular. Isıtıldığında seramik haline gelen ve suya benzeyen polimer seri olarak da üretilebilir.

Singh’e göre ‘Bu polimer kullanışlı ve gerçekten işe yarayan bir malzemedir. Son beş yıldır yaptığımız araştırmaların içerisinde, en umut verici olandır. Artık seramikleri eskiden hayal bile edemeyeceğimiz yerlerde kullanabiliriz.’

Singh, “SiBNC (Si-B-N-C) seramiklerinin sentezi için borla değiştirilmiş silazanlar” patentinin baş mucitidir. Romil Bhandavat, 2013’te makine mühendisliği doktora programından mezun olmuştur ve yardımcı mucittir.

Mühendisler; diğer silisyum ve bor içeren polimerlerin aksine, suya benzeyen ve suyla aynı yoğunluk ve viskoziteye sahip berrak polimer geliştirdiler.

Singh’e göre “Oda sıcaklığında sıvı halde kalan ve diğer SiBNC polimerlerine göre daha uzun bir raf ömrüne sahip bir sıvı oluşturduk. Ancak polimeri ısıttığınızda sıvı halden katıya geçer. Bu şeffaf sıvı polimer, çok siyah ve cam benzeri bir seramiğe dönüşebilir.”

Seramikler; aşırı yüksek sıcaklıklara dayanıklı olduğundan ve buji, jet motoru, yüksek sıcaklık fırını, uzay araştırmaları malzemeleri gibi çeşitli alanlarda kullanıldığından değerlidir.

Singh’e göre, polisilazan sıvı polimerin birçok önemli özelliği var:

• Polimer, düşük yoğunluklu ve normaldeki ağır seramiklerin yerine hafif seramik oluşturabilir.

• Polimer ölçeklenebilir ve gram veya kilogram halinde seri olarak üretilebilir.

• Bu polimerden türetilen seramik, yaklaşık 1.700°C (Celsius derece)’ye kadar yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır. Yine de seramik, zirkonyum borür ve hafniyum karpit gibi diğer çok yüksek sıcaklık seramiklerinden üç ile altı kat daha düşük bir kütle yoğunluğuna sahiptir.

• Polimer seramik elyafları oluşturabilir. Polimer yaklaşık 50 ile 100°C’ye kadar ısıtıldığında, şurup veya bala benzer bir jel haline gelir. Bu jel halinde olduğu süreçte polimer, seramik tekstiller veya seramik kafes oluşturmak için sicim veya lif içine çekilebilir.

• Sıvı polimer işleme esnekliğine sahiptir. Kalıplara dökülebilir ve karmaşık seramik şekillerini tam olarak oluşturmak için ısıtılabilir.

• Polimer sıvı halde olduğundan, püskürtülebilir veya seramik kaplamalar yapmak için boya olarak kullanılabilir. Seramik, altındaki malzemeleri koruyabilir veya buhar türbinleri ve jet motor bıçakları gibi yüksek sıcaklık ortamlarında çalışan daha verimli makineler yaratabilir. Polimer ayrıca, bir tezgahlı SLA (Stereolitografi) yazıcı kullanarak seramik parçaların 3D baskısı için de kullanılabilir.

• Karbon nanotüpleri ile kombine edildiğinde, polimerin daha fazla uygulama alanı olacaktır. Hasar görmeden tüm ışığı (ultraviyole ve kızılötesi ışığı bile) absorbe edebilen siyah bir malzeme oluşturabilir. Birleşik nanomalzeme, santimetrekare başına 15.000 watt’lık aşırı ısıya dayanabilir. Bu, bir roket ağızlıktan yaklaşık 10 kat daha fazla ısı demektir.

• Polimer yalıtkan veya yarı iletken arasında değişen ayarlanabilir elektrik iletkenliğine sahip seramik üretmek için kullanılabilir.

• Seramikte silisyum ve grafenil karbon varlığı, lityum iyon piller için elektrotları geliştirebilir.

• Bu polimerden türetilen seramik, genellikle geleneksel seramiklerde gözlenmeyen rastgele bir yapıya sahiptir. Seramikteki silisyum azota ve karbona bağlanır, ancak bora bağlanmaz; bor, karbona değil azota bağlanır; ve karbon başka bir karbona bağlanır ve böylece grafenil diziler oluştururlar. Bu eşsiz yapı, oksijenle reaksiyonu geciktirerek yüksek sıcaklıkta kararlılık sağlar.

Singh’e göre; ‘Araştırmacılar sıklıkla yüksek sıcaklık özelliklerine bakarlar. Ancak biz, elektronik, elektro-kimyasal, termal ve optik özellikler gibi diğer özellikleri de inceledik.’

Singh’in araştırması, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü radiometri ekibi ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından destekleniyor. Ayrıca Singh, polimerlerin seramik elyaf ve pil elektrotları yapabilme imkânlarını araştırmaya devam etmektedir.

Kaynak : sciencedaily.com