Skoltech Mühendislik Merkezi’nin Hiyerarşik Yapılı Malzemeler Laboratuvarı araştırmacıları, MISIS Üniversitesi ve Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü’nden meslektaşlarıyla birlikte, şekil hafızası etkisine sahip bir malzeme olan ultra yüksek molekül ağırlıklı polietilende (UHMWPE) nanometre ölçekli dönüşümleri ilk kez gerçek zamanlı olarak gözlemledi. Çalışma, malzemenin şekil alma sürecini tetikleyen temel yapısal değişikliklerin yaklaşık 80°C civarında gerçekleştiğini ortaya koydu ve dış uyaranlara hızla orijinal şekline dönen polimerlerin rasyonel tasarımına kapı araladı.
ISIDA TETİK DÖNÜŞÜM
Rekor dayanıklılığı, aşınma direnci ve biyouyumluluğuyla bilinen UHMWPE’nin kritik özelliği, orijinal geometrisini ‘hatırlaması’. Deforme olduktan sonra ısıtıldığında eski şekline dönebilen bu polimerin moleküler/nanoyapısal mekanizmaları şimdiye dek eksik anlaşılıyordu. Ekip, yaklaşık 80°C’de lif yönünde keskin değişimlerin başladığını, nanoyapı boyutunun sıçramalı olarak 1,5 kat arttığını ve boyut parametresinin yüzde 10 değiştiğini gösterdi. Enine yönde benzer bir değişim görülmemesi, şekil hafızasının itici gücünün esnek amorf zincirlerin ısıyla ‘düzleşmesi’ ve yeniden düzenlenmesi olduğu yorumunu destekledi.
EŞSİZ DENEY DÜZENEĞİ
Araştırmacılar, UHMWPE liflerine dayalı kendinden güçlendirilmiş kompozit bir numuneyi doğrudan X-ışını demeti içinde 140°C’ye kadar ısıttı ve aynı anda dar açılı (SAXS) ve geniş açılı (WAXS) X-ışını saçılımı kaydetti. Bu eşzamanlı yaklaşım, kristalin ve amorf fazların yeniden düzenlenmesini nanometre çözünürlüğünde gerçek zamanlı izlemeye olanak tanıdı. Böylece kaydedilen nano ölçekli değişimler, malzemenin makroskobik şekil geri kazanım davranışıyla doğrudan ilişkilendirildi.
UYGULAMA ALANLARI GENİŞ
Şekil hafızasının temel mekanizmalarının aydınlatılması, kişiye ve uygulamaya özel polimer tasarımlarının önünü açıyor. Mühendisler, aktivasyon sıcaklığını ve geri kazanım kuvvetini hedefe göre programlayarak;
• vücut sıcaklığında açılan mikroskobik tıbbi implantlar,
• insansı robotlar ve enerji toplama sistemleri için güçlü aktüatörler,
• kendi kendini yerleştiren akıllı yapılar
gibi geniş bir yelpazede çözümler geliştirebilecek.
HEDEF ODAKLI TASARIM
Çalışmanın ekibine göre, deneyler yalnızca değişimi kaydetmekle kalmadı; görünmez nanoyapının ısıyla ‘canlanmasını’ adım adım açığa çıkararak, istenen şekil hafızası etkisini elde etmek için polimer mimarisine nasıl müdahale edilmesi gerektiğini de ortaya koydu. Böylelikle, malzeme geliştirme süreci deneme-yanılmadan ziyade hedef odaklı bir çizgiye taşınmış oldu.
