Bilim İnsanları Vurduğunuzda Sertleşen Tuhaf Yeni Bir Malzeme İcat Etti

Bilindiği üzere bu 'uyarlanabilir dayanıklılık' malzeme bilimi açısından önemli bir özelliktir. Zorlu ortamlarda bile hasara karşı koruma ve strese karşı direnç anlamına geliyor.

Yeni malzeme aslında yemek pişirmede kullanılan ve su eklendiğinde karıştırılabilen mısır nişastasından esinlenildi. Karıştırılsa da delinse de tutarlı bir viskoziteye sahip olan ıslak kumun aksine, mısır nişastası bulamacı hafifçe karıştırıldığında sıvı gibi, hızlıca delindiğinde ise katı gibi davranır.

Mısır nişastasını yavaşça ezdiğinizde, küçük parçacıklar birbirlerini iterek sıvı gibi davranmalarını sağlar. Ancak yüzeye hızlı bir şekilde vurursanız, birbirine değerek sürtünmeye neden olurlar ve katı gibi davranırlar. Davranıştaki bu farklılık, parçacıkların boyutundan kaynaklanmaktadır.

Araştırmacılar aynı sonuçları bir polimer malzemeden elde edip edemeyeceklerini görmek istediler.

Bunu başarmak için ekip konjuge polimerlerle işe başladı: malzemelerin nispeten yumuşak ve esnek kalırken elektrik iletmesine yardımcı olan özel özelliklere sahip polimerler. Bu malzemeler her türlü molekül kombinasyonundan yapılabiliyor.

Bu durumda, uzun poli(2-akrilamido-2-metilpropansülfonik asit) moleküllerini, kısa polianilin moleküllerini ve yüksek verimli bir iletken olan poli(3,4-etilendioksitiyofen) polistiren sülfonatı (PEDOT:PSS) birleştirdiler. Bu isimler size tanıdık gelmiyorsa endişelenmeyin; bilmeniz gereken tek şey, bu kombinasyonun hızlı darbelere maruz kaldığında deforme olan veya esneyen bir film oluşturduğudur.

Darbeler ne kadar hızlı olursa, malzeme o kadar sertleşti. Daha sonra yüzde 10 daha fazla PEDOT:PSS eklenmesi, malzemenin hem uyarlanabilir dayanıklılığını hem de iletkenliğini artırdı.

Araştırmacılara göre, seçtikleri iki pozitif yüklü ve iki negatif yüklü polimer, karışık bir spagetti kasesinde minyatür köfteler gibi süper küçük yapılara sahip bir malzeme yaratıyor. Bu 'köfteler' darbelerin şokunu tamamen parçalanmadan emerek malzemeyi ve iletkenliğini yerinde tutuyor.

Daha ileri deneyler, pozitif yüklü 1,3-propandiamin nanoparçacıklarının eklenmesinin sertliği daha da artırdığını, 'köfteleri' biraz zayıflatırken (böylece malzeme daha büyük darbeler alabilir), etraflarındaki 'spagetti iplerini' güçlendirdiğini (malzemenin bütünlüğünü koruduğunu) göstermektedir.

Tüm bunlar oldukça karmaşık ve tekniktir, ancak büyük ölçekte üretilebilirse, malzeme için laboratuvar dışında uygulamalar olmalıdır. Akıllı saat bantları, giyilebilir sensörler ve sağlık monitörleri - örneğin kardiyovasküler sağlık veya glikoz seviyeleri için - araştırma ekibi tarafından öne sürülen tüm örneklerdir.

Kişiselleştirilmiş elektronik protezler de bir başka potansiyel kullanım alanı ve araştırmacıların halihazırda denedikleri bir şey. Sonunda, yapay uzuvlar bu çok yönlü malzemeden 3D olarak basılabilir.

Bu, yeni malzemelerin keşfedilme ve mevcut malzemelerin rafine edilme potansiyelini ve kullandığımız cihazlardan giydiğimiz kıyafetlere kadar geleceğimizi nasıl değiştirebileceklerini bir kez daha hatırlatıyor.

Malzeme bilimci Yue Wang, "Çok sayıda potansiyel uygulama var ve bu yeni, alışılmadık özelliğin bizi nereye götüreceğini görmekten heyecan duyuyoruz" diyor.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.