Nanofiber Halılar ile Yeni Yapışkan ve Yalıtıcı Yüzeyler
Fotoğraf: Muz şeklindeki sıvı kristal ile modellenmiş nanofiberlerin elektron mikroskobu görüntüsü (Kenneth Cheng, Lahann Lab, Michigan Engineering)
Kutup ayısı kürkü, nilüfer çiçeği yaprakları ve geko sürüngeninin ayaklarının sıra dışı özelliklerinden ilham alan mühendislik araştırmacıları, diğer olasılıkların arasında yapışkan, su geçirmez, yapışkan ya da ışığı yayan kaplamalar oluşturabilen nanofiber dizileri üretmek için yeni bir yöntem geliştirdiler.
Michigan Üniversitesi kimya mühendisliği profesörü ve Science dergisindeki çalışmanın kıdemli yazarlarından Joerg Lahann, ‘’Bu, bugüne kadar imkansız olarak düşündüğüm her şeyi ortadan kaldırdı.’’ diyerek açıklamada bulundu.
Michigan Üniversitesi ve Wisconsin Üniversitesi’nden araştırmacılar, insan saçından yüzlerce kat daha ince elyaf dizileri oluşturmak için yeni ve güçlü bir yöntemi kısmen tesadüfi bir şekilde keşfettiler.
Kutup ayısının tüyleri, ısı kaybını önlerken ışığın içeri girmesine izin verecek bir yapıya sahiptir. Su itici nilüfer çiçeği yaprakları, mikroskobik mumsu tübül dizileri ile kaplanmıştır. Ve geko sürüngeninin yerçekimine meydan okuyan ayaklarının altındaki nano ölçekli kıllar, atomik çekim kuvvetlerinin etkili olduğu yüzeylere oldukça yaklaşır. Bu süper güçleri ve daha fazlasını taklit etmek isteyen araştırmacılar bu fonksiyonları yerine getiren küçük diziler oluşturacak yöntemlere ihtiyaç duyuyorlar.
Lahann, ‘’Temel olarak, bu, nanofiber dizileri üretmenin tamamen farklı bir yoludur.’’ diyerek açıklamada bulundu.
Araştırmacılar, ürettikleri nanofiberlerin, nilüfer çiçeği yaprakları gibi suyu ittiğini gösterdiler. Ayrıca, araştırmacılar, düz ve kavisli fiberler geliştirdiler ve cırtcırt (velcro) gibi nasıl birbirlerine yapıştıklarını test ettiler. Bu test sonucunda, saat yönünde ve saat yönünün tersinde bükülmüş fiberlerin, iki düz lif dizisinden daha sıkı bir şekilde bağlandıklarını buldular.
Bununla birlikte araştırmacılar, malzemeye parlaklık veren optik özellikler üzerine de deneyler yürüttüler ve ışığın geçişine imkan sağlayan kutup ayısı kürkü gibi fonksiyona sahip yapılar oluşturabileceklerinin mümkün olduğuna inanıyorlar.
Ancak, moleküler halılar aslında araştırmacıların asıl planladıkları şey değildi. Lahann’ın ekibi, o zamanlar, polimer adı verilen zincir benzeri moleküllerin ince zarlarını sıvı kristallerin üzerinde tutmak için Wisconsin Üniversitesi-Madison’da kimya mühendisliği profesörü Nicholas Abbott ile birlikte çalışıyorlardı. Sıvı kristaller yaygın olarak, televizyon ve bilgisayar ekranları gibi ekranlarda kullanılmaları ile bilinmektedir. Araştırmacılar, tek molekülleri belirleyebilen sensörler yapmaya çalışıyorlardı.
Bu çalışmada, Abbot sıvı kristallerin tasarlanması ve üretilmesine öncülük ederken, Lahann ise ince filmler üretme konusundaki deneyimleri ile çalışmaya katkıda bulundu. Yapılan tipik deneylerde, Lahann’ın ekibi zincirdeki tek bağları kırıp, bunları yüzeyler üzerinde yoğunlaştırmaktadır. Ancak, ince polimer filmler her zaman beklendiği gibi gerçekleşmedi.
Abbot, ‘Bu keşif, bilim ve mühendislik alanındaki en iyi ilerlemelerin, işlerin planlandığı gibi gitmediği zamanlarda gerçekleştiği fikrimi pekiştirmektedir.’’ diyerek açıklamada bulundu. ‘’ Sadece uyanık olmalı ve başarısız olmuş deneyleri bir fırsat olarak görmelisiniz.’’ diyerek ekledi.
Sıvı kristalin üstünü kaplamak yerine, bağlar akışkanın içine bırakıldı ve lam üzerinde birbirleri ile birleştirildi. Ardından, sıvı kristal, nano ölçekli halıların oluşmasını sağlayacak şekilde tabandan yukarı doğru büyüyerek nanofiberlerin şeklini tayin etti.
Abbot, ‘’Sıvı kristal, nispeten daha düzensiz bir akışkandır, ancak oldukça iyi bir şekilde belirlenmiş uzunluk ve çaplara sahip nanofiberlerin oluşumu için model olabilir.’’ diyerek açıklamada bulundu.
Araştırmacılar, sadece düz yapılar oluşturmadılar. Sıvı kristale bağlı olarak mikroskobik muz ya da merdiven benzeri kavisli yapıda fiberler de üretmeyi başardılar.
Lahann, ‘’Fiber türleri, fiberlerin yapısı ve bunları nasıl biriktirdiğimiz gibi kimya üzerine pek çok kontrole sahibiz.’’ diyerek açıklamada bulundu. ‘’Bu, sadece iki boyutlu ince filmlerle değil üç boyutlu olanlarla da şu anda gerçekten yüzeyleri tasarlama şeklimizi fazla karmaşık hale getiriyor.’’ diyerek ekledi.
Kaynak: sciencedaily.com
