ABD’li bilim insanları, havadaki su buharını çekip toplayabilen ve herhangi bir dış enerji gerektirmeden yüzeylere bırakabilen yeni bir nanoyapılı malzeme sınıfı keşfetti. Pennsylvania Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu’ndan araştırmacıların yürüttüğü çalışmada, hidrofilik nano gözenekler ile hidrofobik polimerlerin karışımı test edilirken malzeme yüzeyinde su damlacıklarının oluştuğu gözlemlendi.
Kimya ve biyomoleküler mühendisliği alanındaki Russell Pearce ve Elizabeth Crimian Heuer profesörü Daeyeon Lee, başlangıçta su toplamaya çalışmadıklarını ancak beklenmedik bu durumu fark ettikten sonra araştırmaya başladıklarını belirtti. Lee’nin liderliğindeki ekipte, kimya profesörü Amish Patel, doktora sonrası araştırmacı Dr. Baekmin Kim ve Almanya Münih Teknik Üniversitesi’nden karmaşık yumuşak madde profesörü Stefan Guldin de yer aldı.
AMFİFİLİK DENGE KİLİT ROLDE
Araştırmacılar, suyu seven ve suyu iten bileşenleri nanometre ölçeğinde bir araya getirerek malzemenin kurak bölgelerde su toplamaya ve elektronik cihazların ya da binaların buharlaşma yoluyla soğutulmasına yeni bir yaklaşım getirebileceğini keşfetti.
Geleneksel yöntemlerde su, genellikle sıcaklık düştüğünde veya nem yüksek olduğunda yüzeyde yoğunlaşırken, bu yeni malzeme soğutmaya ihtiyaç duymadan düşük nemde bile kılcal yoğunlaşma yoluyla nano gözeneklerin içinde suyu biriktiriyor. Su gözeneklerde hapsolmak yerine yüzeye çıkıyor ve damlacıklar halinde birikiyor.
Patel, “Su malzemede önce gözeneklerin içinde yoğunlaşıyor, sonra damlacıklar halinde yüzeye çıkıyor” diyerek, geleneksel nano gözenekli malzemelerde suyun gözeneklere girdiğinde kilitli kaldığını ancak bu sistemde farklı bir davranış gözlendiğini ifade etti.
YOĞUNLAŞMA MEKANİZMASI
Araştırmacılar, suyun laboratuvar ortamında yüzeyde yoğunlaşmadığını kanıtlamak için malzemenin kalınlığını artırdı. Lee, “Eğer su sadece yüzeyde yoğunlaşsaydı, malzemenin kalınlığı su miktarını değiştirmezdi. Ancak kalınlık arttıkça toplanan su miktarı da arttı, bu da suyun malzemenin içinden yüzeye çıktığını gösteriyor” dedi.
Bir diğer şaşırtıcı bulgu, su damlacıklarının beklenildiği gibi hızla buharlaşmaması oldu. Patel, damlacıkların eğrilik ve boyutlarına göre hızla yok olmaları gerektiğini belirtti fakat damlacıkların uzun süre sabit kaldığını ekledi. Ekip, bu beklenmeyen davranışları doğrulamak için işbirlikçileriyle materyali paylaştı ve gözlemler tekrarladı.
YENİ BİR GERİ BESLEME DÖNGÜSÜ
Münih Teknik Üniversitesi’nden Guldin, gözenekli filmleri çeşitli koşullarda incelediklerini, nano ölçekli davranışları ışık polarizasyonundaki değişikliklerle araştırdıklarını ve daha önce böyle bir olaya rastlamadıklarını söyledi. Bu keşfin yeni ve heyecan verici araştırmalara ilham vereceğini belirtti.
Araştırma sonucunda ekip, su çeken nano parçacıklar ile su iten polimerlerin dengesi sayesinde alışılmadık bir malzeme davranışı ortaya çıktığını anladı. Lee, damlacıkların alttaki gözeneklerdeki gizli rezervuarlara bağlı olduğunu ve bu rezervuarların havadan gelen su buharıyla sürekli dolduğunu açıkladı. Su çeken ve iten bileşenlerin hassas dengesi, kendi kendini idame ettiren bir geri besleme döngüsü oluşturuyor.
POTANSİYEL UYGULAMA ALANLARI
Ekip, keşfin en heyecan verici yönünün sadece malzemenin sıra dışı davranışı değil, aynı zamanda üretiminin basitliği ve ölçeklenebilirliği olduğunu vurguladı. Standart üretim teknikleriyle, yaygın polimerler ve nanopartiküller kullanılarak hazırlanan bu film, kurak bölgelerde pasif su toplayıcıları, elektronik cihazlarda soğutma sistemleri ya da nem duyarlı akıllı kaplamalar olarak kullanılabilir.
Patel, potansiyelin heyecan verici olduğunu belirtti ve biyolojiden, hücrelerin ve proteinlerin suyu karmaşık ortamlarda nasıl yönettiğini öğrenerek, bu bilgilerle daha iyi malzemeler tasarlamaya çalıştıklarını ifade etti. Araştırmacıların sonraki hedefleri, hidrofilik ve hidrofobik bileşenler arasındaki dengeyi optimize etmek, malzemeyi pratik uygulamalara uygun hale getirmek ve toplanan damlacıkların yüzeyden daha verimli bir şekilde akmasını sağlamak.
Bu gelişmenin, kurak alanlarda temiz su sağlama teknolojilerinin önünü açması ve sadece havadaki su buharı ile çalışan daha sürdürülebilir soğutma sistemlerinin kurulmasına olanak tanıması bekleniyor.
