Polimerlerin Mekanik Gerilime Tepkilerine Işık Tutan Araştırma
Monomer olarak adlandırılan birbirini tekrarlayan moleküler birimlerden oluşan uzun zincirli insan yapımı polimerlerin tüm örnekleridir. Polimerler doğada (yün, ipek, hatta saç bile) kendiliğinden de bulunurken, en bilineni plastik olan sentetik polimerlerin icadı ise endüstride devrim yaratmıştır.
Giyimden inşaata, ambalajdan enerji üretimine kadar her şeyde kullanılan hafif, esnek, dayanıklı, güçlü sentetik polimerler gezegendeki çok yönlü malzemelerden biridir.
Bu çağın başlarından beri, dış kuvvetlerin polimerlerin dayanıklılığı ve kararlılığı üzerindeki etkisini anlamak, performanslarını değerlendirmek malzeme mühendisliğinde çok önemli hale geldi.
Mekanik gerilime maruz kaldığında, bazı polimer zincirlerini bir arada tutan zayıf bağlar iyice zayıflar ve kaçınılmaz olarak da kırılırlar. Bu durumda bir serbest radikal (doğal olarak kararsız ve çok duyarlı “mekanoradikal” olarak adlandırılan eşleşmemiş bir elektronlu molekül) oluşur. Oluşan malzemenin gerilim miktarından direncini belirleyebiliriz.
Üretilen serbest mekanoradikalin miktarı tahmin edilerek, malzemenin gerilim miktarına direnci belirlenebilir.
Bu olgu iyi bir şekilde belgelendiğinde, yığın (bulk) içindeki polimerler için oluşturulan mekanoradikaller oksijene ve diğer faktörlere karşı yüksek duyarlılıkta olduğu için stabil olmadığından, bilim insanları bu durumu ortam sıcaklığı altında yığın (bulk) halde gözlemlemek için çalıştılar.
Prof. Hideyuki Otsuka liderliğinde Tokyo Teknoloji Enstitüsü’nden araştırmacılar, bu konuyu araştırmaya karar verdiler. Angewandte Chemie International Edition’da yayınlanan çalışmalarında serbest radikalleri yakalamak için diarylacetonitrile (H-DAAN) olarak adllandırılan küçük bir molekül kullandılar. “Bizim teorimiz, serbest radikalle tepkimeye girdiğinde belirgin floresan ışık yayacak H-DAAN ile polimer bozulmasının derecesini ölçmekti.” şeklinde açıklama yaptı Prof. Otsuka. “ Teori basit; polimere daha yüksek güç uygulanır, daha fazla mekanoradikal üretilir ve daha fazla H-DAAN ile tepkime verir. Daha yüksek reaksiyon hızı, değişimleri kolayca ölçülebilen daha yoğun floresan ışığa neden olur”.
Araştırmacılar bunun pratikte nasıl uygulanabileceğini görmek istediler. Polystyrene (H-DAAN varlığında) sıkıştırılarak mekanik gerilime maruz bırakıldığında, H-DAAN polimerik mekanoradikaller için radikal toplayıcı gibi hareket eder ve onlarla floresan özelliğe sahip “DAAN*” oluşturmak üzere bağ yapar. Bu da görünür sarı floresan oluşmasına neden olur.
Prof Otsuka “Daha da önemlisi, muhtemelen, sıkıştırılmış polystyrene ile oluşturulan DAAN radikallerinin miktarı ile florasan yoğunluğu arasındaki bulmuş olduğumuz bağıntı tahmin ettiğimiz gibi açıktır” diyor. “Bu da demek oluyor ki, yığın (bulk) sistemde üretilen DAAN radikallerinin miktarını sadece floresan yoğunluğunu ölçerek tahmin etmek mümkün.”
Bulgulardaki çıkarımlar oldukça geniş kapsamlıdır: Mekanin gerilime bağlı olarak malzemelerin farklı dış uyaranlara nasıl tepki verdiği görsel olarak ölçülerek, polimerlerin çeşitli kullanımlar için ne kadar uygun olduğunu test edebilirler. Bu yöntem, bilim insanları ve mühendisler için malzeme performansı ve özgünlüğünü geliştirmeye çalışmakta paha biçilemez bir araç olduğunu kanıtlayacaktır.
Bu heyecan verici araştırma polimerlerin mekanik gerilime verdiği tepkilere ışık tutuyor ve polimer mekanoradikal araştırmalarında ileriye giden yolu aydınlatıyor!
Kaynak : azom.com
