Her Türlü Sıvıyı İtebilen Nano Ölçekli Kaplama
Michigan Üniversitesi’nden mühendisler, neredeyse her türlü sıvıyı itebilen, özellikle askerler ve bilim adamları tarafından kullanılması öngörülen, havadar, koruyucu ve aynı zamanda leke tutmayan giysilerin üretilmesini kolaylaştırabilecek bir nano ölçekli kaplama geliştirdi.
Michigan Üniversitesi mühendislik araştırmacılarına göre, en az yüzde 95’i hava olan nano ölçekli kaplama, kendi sınıfındaki en geniş sıvı aralığında yer alan her türden malzemeyi
iterek işlenmiş yüzeyden sekmelerini sağlıyor.
Kaplama, leke tutmayan giysilere ek olarak, askerleri ve bilim adamlarını kimyasallardan koruyan, nefes almayı kolaylaştıran giysilerin ve gemilerde sürtünmeyi önemli ölçüde azaltan ileri düzey su geçirmez boyaların önünü açabilir.
Normal koşullarda gömleğinize veya cildinize zarar verecek solüsyon damlacıkları, yeni geliştirilmiş “süperomnifobik yüzeye” temas ettiklerinde geri çekilir. Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Kimya Mühendisliği ve Makromoleküler Bilim ve Mühendislik dalında yardımcı doçent olan Anish Tuteja, “Kaplamanın üzerine attığınız herhangi bir sıvı, hemen hemen ıslanmadan seker.
Benzer kaplamalarda yağlar, alkoller, organik asitler, organik bazlar ve çözücüler gibi çok
düşük yüzey gerilimli sıvılar bunlara yapışır ve dağılmaya başlayabilir ve bu pek arzu edilen bir durum değildir.” Tuteja, Journal of the American Chemical Society’nin yeni sayısında
yayınlanan kaplama üzerine bir makalenin sorumlu yazarıdır. Tuteja ve meslektaşları 100’den fazla sıvıyı test etti ve sadece iki tanesinin kaplamaya nüfuz edebildiğini gözlemledi.
Bunlar, buzdolaplarında ve klimalarda kullanılan kimyasallar olan kloroflorokarbonlardı. Tuteja’nın laboratuvarında yapılan bir çalışmada yüzey; kahve, soya sosu ve bitkisel yağın yanı sıra cildi yakabilecek zehirli hidroklorik ve sülfürik asitleri itmeyi başardı.
Tuteja, kaplamanın benzine ve çeşitli alkollere karşı da dayanıklı olduğunu söylüyor. Kaplamayı uygulamak için araştırmacılar, sıvı bir çözeltiden ince katı parçacıklar oluşturmak için elektrik yükü kullanan, elektrospinning adı verilen bir teknik kullanıyorlar. Araştırmacılar
şimdiye kadar, küçük ekran karoları ve posta pulu boyutunda kumaş parçaları kapladı.
Kaplama, “polidimetilsiloksan” veya PDMS’nin kauçuksu plastik parçacıkları ile Hava Kuvvetleri tarafından geliştirilen karbon, flor, silikon ve oksijen içeren sıvıya dayanıklı
nano ölçekli küplerin bir karışımıdır. Malzemenin kimyası kadar dokusu da önemlidir.
Malzeme, uygulandığı yüzeyin gözenek yapısını sarar ve gözeneklerin içinde daha ince bir
ağ oluşturur. Bu yapı, kaplamanın yüzde 95 ila 99’unun aslında hava ceplerinden oluştuğu anlamına gelir, bu nedenle kaplama ile temas eden bir sıvı, katı yüzeye neredeyse hiç temas etmez.
Sıvı, daha büyük bir alanın aksine katı yüzeyin yalnızca liflerine temas ettiği için, geliştirilen kaplama normalde maddenin iki halini bir araya getiren moleküller arası kuvvetleri önemli ölçüde azaltabilir.
Böylece Van der Waals etkileşimleri minimumda tutulur. Tuteja, “Normalde, iki malzeme birbirine yaklaştığında, birbirlerine küçük bir pozitif ya da negatif yük yüklerler ve sıvı, katı yüzeyle temas eder etmez yayılmaya başlar. Yüzey ve damlacık arasındaki etkileşimi büyük ölçüde azalttık.” açıklamasını yaptı.
Yayılması için hiçbir nedeni kalmayan damlacıklar bozulmadan kalır, yalnızca kendi molekülleriyle etkileşime girer, yuvarlak şeklini muhafaza eder ve kaplamadan seker. Bu
kaplamanın itmeyi başardığı sıvı sınıflandırmalarından biri; şampuanları, kremaları, kanı, boyaları, killeri ve yazıcı mürekkeplerini içeren, Newton tipi olmayan kategoridir.
Bunlar, üzerlerine uygulanan kuvvetlere bağlı olarak viskozitelerini değiştiren sıvılardır. Uygulanan kuvvet ne olursa olsun viskozitesi aynı kalan su ve diğer birçok sıvı gibi Newton tipi sıvılardan farklıdırlar. Viskozite, bir sıvının kuvvet uygulandığında akmaya karşı direncinin bir ölçüsüdür ve bazı durumlarda sıvının kalınlığı olarak düşünülür.
Tuteja, “Bugüne dek hiç kimse, düşük yüzey gerilimli Newton tipi olmayan sıvıların sıçradığını göstermedi” dedi. Makalenin başlığı “Etkili Kimyasal Kalkan için Süperomnifobik Yüzeyler”dir. Malzeme bilimi ve mühendislik alanında doktora öğrencisi olan Shuaijun Pan ve doktora sonrası araştırmacı Arun Kota makalenin ilk yazarlarıdır.
Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarının roket tahrik bölümünden Joseph Mabry de makaleye katkıda bulunan isimler arasında yer alıyor. Çalışma, Hava Kuvvetleri Bilimsel Araştırma Ofisi tarafından finanse edilmektedir.
Kaynak
