Texas A&M Üniversitesi'nden araştırmacılar, jel özelliklerine sahip metallerden oluşan bir malzeme olan dünyanın ilk metalik jelini geliştirerek çığır açan bir buluşa imza attılar. Kozmetik veya temizlik ürünlerinde bulunan günlük jellerin aksine, bu metalik jel aşırı ısıya dayanabilir ve büyük pillerin güç depolama ve iletme şeklini değiştirebilir.
Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü öğretim üyesi Dr. Michael J. Demkowicz ve doktora öğrencisi Charles Borenstein liderliğindeki araştırma, metal kompozitler üzerine keşifsel bir çalışma olarak başladı. Ekip, başlangıçta metal karışımlarının yüksek ısıya maruz kaldığındaki davranışını anlamayı amaçladı. Ancak, bakır tantal karışımını içeren bir deney sırasında beklenmedik bir şey gözlemlediler.
1.000 DERECEDE STABİL
Isıtıldığında bakır sıvıya dönüşürken, tantal katı kalarak mikroskobik bir yapı iskelesi oluşturdu. Sıvı bakır, birikmek yerine bu katı yapı içinde hapsoldu ve şeklini koruyan jel benzeri bir metalik yapı oluşturdu.
Bu şaşırtıcı keşif, sıvıların akışkanlığı ile katıların kararlılığını birleştiren yeni bir malzeme sınıfını ortaya çıkardı. Geleneksel jeller oda sıcaklığında oluşurken, metalik jellerin oluşması ve kararlı kalması için 1.000°C'ye (1.832°F) yakın sıcaklıklara ihtiyaç vardır. Bu durum, onları enerji depolama sistemleri gibi yüksek sıcaklık uygulamaları için benzersiz şekilde uygun hale getiriyor.
Dr. Michael J. Demkowicz, metalik jellerin daha önce hiç rapor edilmediğini, çünkü muhtemelen kimsenin sıvı metallerin ultra ince bir iskelet tarafından desteklenebileceğini düşünmediğini belirtti. Demkowicz, bu durumda şaşırtıcı olanın, çoğunluk bileşeni olan bakırın sıvıya eritildiğinde, saf bakırın yaptığı gibi bir su birikintisine dönüşmemesi olduğunu sözlerine ekledi.
PİLLER İÇİN ÇÖZÜM
Bu malzemenin pratik potansiyelini göstermek için araştırmacılar, metalik jeli elektrot olarak kullanarak bir sıvı metal pil (LMB) inşa ettiler. LMB’ler büyük miktarda enerjiyi verimli bir şekilde depolar, ancak pil hareket halindeyken içindeki sıvının kayması ve kısa devrelere neden olması nedeniyle kullanımları sabit sistemlerle sınırlıdır.
Metalik jeller, performanstan ödün vermeden sıvı bileşeni hareketsizleştirerek potansiyel bir çözüm sunuyor. Laboratuvar prototiplerinde kullanılan metalik jel elektrotlar, erimiş tuza daldırıldıklarında yapılarını ve kararlılıklarını koruyarak başarıyla elektrik üretebildiler. Bulgular, metalik jellerin gemilere, endüstriyel makinelere veya yüksek sıcaklık ortamlarına güç sağlamak için uygun taşınabilir sıvı metal pillerin üretilmesini sağlayabileceğini gösteriyor.
YENİ MEKANİZMA KEŞFİ
Ekip, yüksek çözünürlüklü mikro-BT taramasını kullanarak tantalın, sıvı bakırı mikroskobik boşluklar içinde hapseden sert bir iç çerçeve oluşturduğunu doğruladı. Araştırmacılar, bu yeniliğin yeni nesil hibrit metalik malzemelerin ve istikrarlı yüksek kapasiteli enerji sistemlerinin önünü açabileceğini belirtiyor.
