Dipol Etkileşim Aracılığı ile Kendini İyileştirme. Riverside Üniversitesi’nden bilim insanları şeffaf, kendi kendine iyileşen, yüksek yapışkan iletken bir materyal geliştirdiler. Bu meteryal suni kasları güçlendirmek için elektrikle aktive edilebiliyor ve pilleri, elektronik cihazları ve robotları geliştirmek için kullanılabiliyor.
Advanced Material dergisinde yayınlanan bulgular, bilim insanlarının ilk kez iyonik iletkeni buluşunu incelemektedir. Bunun anlamı şeffaf, mekanik olarak gerilebilir ve kendini iyileştirebilen iyonlar bu materyallerin içinden akabilirler.
Malzeme, çok geniş bir yelpazede potansiyel uygulama alanına sahiptir. Mekanik arıza sonrasında robotları kendini iyileştirmesinde, elektronik ve elektrikli otomobillerde kullanılan lityum iyon pillerin ömrünü uzatma ve tıbbi alanda kullanılan biyosensörlerin geliştirilmesi ve çevresel izleme yeteneklerini aktarabilmesinde kullanılabiliyor.
Kimya alanında yardımcı doçent Chao Wang, “Bütün bu özelliklere sahip bir malzeme hazırlamak yıllardır aradığımız bir şeydi. Bunu başardık ve şimdi uygulamaları araştırmaya başladık” dedi.
Bu proje kendini iyileştirici materyallerin ve iyonik iletkenlerin araştırma alanlarını bir araya getiriyor.
Doğadaki yara iyileşmesinden esinlenerek kendini iyileştiren materyaller, aşınmanın yol açtığı hasarları onarır ve ömrünü uzatır. Materyallerin ve cihazların maliyetini düşürür. Wang, kendini iyileştirebilme yeteneğine sahip çizgi roman karakteri olan Wolverine’in hayatı boyunca sevmesinden dolayı kendini iyileştirici materyallere ilgi duydu.
İyonik iletkenler, enerji depolama, güneş enerjisi dönüşümü, sensörler ve elektronik cihazlardaki kilit rolleri olan bir malzeme sınıfıdır.
Bu makalenin bir başka yazarı olan Colorado, Boulder Üniversitesi’nde yardımcı doçent olan Christoph Keplinger daha önce yapay kasları güçlendirmek ve şeffaf hoparlörler yaratmak için gerilebilir, şeffaf, iyonik iletkenlerin kullanılabileceğini gösterdi. Yeni materyal özelliklerini taşıyan cihazlar şeffaflık, yüksek gerilebilirdik ve iyonik iletkenlik özelliklerine sahipti ancak bu cihazların hiçbiri mekanik hasardan kendiliğinden iyileşme kabiliyetine sahip değildi. En büyük güçlüğü de, elektrokimyasal koşullar altında kararlı ve geri dönüşümlü bağların belirlenmesidir.
Geleneksel olarak, kendini iyileştirici polimerler kovalent olmayan bağlar kullanır. Bu bağlar da bir bağ oluşturur çünkü bu bağlar, malzemelerin performansını düşüren elektrokimyasal reaksiyonlardan etkilenir.
Wang, yüklü iyonlar ve elektrokimyasal koşullar altında yüksek derecede kararlı olan kutup molekülleri arasındaki kuvvetler olan iyon-dipol etkileşimleri adı verilen bir mekanizma kullanarak bu sorunu çözmeye yardımcı oldu. Araştırmacıların aradığı özelliklere sahip olan materyali oluşturmak için polar, gerilebilir bir polimer ile mobil, yüksek iyonik kuvvetli bir tuzu birleştirdi.
Düşük maliyetli, yumuşak kauçuk benzeri malzeme üretmek malzemenin orijinal uzunluğunu 50 kat arttırabilir. Kesildikten sonra, oda sıcaklığında 24 saat içinde tamamen yeniden bağlanabilir veya iyileşebilir. İyileştirme aşamasında sadece beş dakika içinde, malzeme orijinal uzunluğunun iki katına kadar uzatılabilir.
Keplinger ile birlikte çalışan lisansüstü öğrencileri Timothy Morrissey ve Eric Acome, malzemenin, dielektrik elastomer aktüatör olarak da adlandırılan yapay kaslara güç sağlamak için kullanılabileceğini gösterdi. Yapay kas, gerilim, akım, basınç veya sıcaklık gibi harici bir uyarıcı nedeniyle geri dönüşümlü olarak daralan, genişleyebilir veya döndürülebilen malzemeler veya cihazlar için kullanılan genel bir terimdir.
Dielektrik elastomer aktüatör aslında birbirine istiflenmiş üç polimer parçasından oluşur. Üst ve alt katmanlar, UC Riverside’da geliştirilen ve elektriği iletebilen ve kendini iyileştirebilen yeni malzeme olup orta katman şeffaf, iletken olmayan kauçuk benzeri bir zardır.
Araştırmacılar, yapay kasları hareket ettirmek için elektrik sinyalleri kullandılar. Dolayısıyla, beyin kola bir sinyal gönderdiğinde insan kasının (örneğin bir pazı gibi) nasıl hareket ettiği gibi yapay kas da sinyal aldığında tepki verir. En önemlisi, araştırmacılar, yeni materyalin kendi kendini iyileştirme kabiliyetinin, doğanın üstün bir hayatta kalma özelliğini taklit etmek için kullanılabileceğini gösterebildi: yara iyileşmesi. Yapay kas parçalarının iki ayrı parçaya bölünmesinden sonra, materyal dış uyaranlara dayanmadan iyileşti ve suni kas, kesilmeden önceki performansa geri döndü.
Çeviri: Dilek Arıcı
Kaynak: www.sciencedaily.com