Japonya'dan gazla şekil değiştiren akıllı sıvı

Gelişmiş malzeme bilimi ve kimya alanında, moleküler ölçekteki hareketlerin çıplak gözle görülebilen fiziksel değişimlere dönüştürülmesine yönelik yeni bir yöntem geliştirildi. Japon araştırmacılar, gaz buharıyla tetiklendiğinde fiziksel durumunu, rengini ve ışık yayma özelliğini değiştiren yeni nesil bir akıllı malzeme platformu ortaya koydu. Nagoya Üniversitesi ile Kyoto Üniversitesi araştırmacılarının yürüttüğü çalışma, Fonksiyonel Moleküler Sıvılar ile konak moleküllerin kalıcı kimyasal bağlar oluşturmadan fiziksel kuvvetlerle birbirine bağlandığı konuk-konak kimyası yaklaşımına dayanıyor.

SIVI SANİYELER İÇİNDE KATIYA DÖNÜŞÜYOR

Geliştirilen sistemde, buharlaşmayan yapısı ve elektronik, optik ve katalitik özellikleriyle öne çıkan Fonksiyonel Moleküler Sıvı, tüp biçimindeki konak moleküllerle karıştırıldığında kendiliğinden moleküler boşluklara yerleşiyor. Bu birleşmeyle birlikte akışkan haldeki malzeme saniyeler içinde sert bir katı yapıya dönüşüyor. Aynı anda malzemenin rengi parlak sarıdan koyu kırmızıya geçerken, oda sıcaklığında karanlıkta parlamasını sağlayan fosforesans özelliği de tamamen kapanıyor. Böylece moleküler düzeyde gerçekleşen fiziksel etkileşimler, malzemenin yapısını ve optik özelliklerini makroskobik ölçekte değiştiren bir dönüşüme yol açıyor.

HEKSAN BUHARIYLA SÜREÇ TERSİNE DÖNÜYOR

Akıllı malzemenin öne çıkan özelliklerinden biri, dönüşümün tamamen tersine çevrilebilir olması oldu. Kırmızı ve katı haldeki yapı heksan buharına maruz bırakıldığında, altı karbonlu gaz molekülleri konak boşluklarına yerleşerek Fonksiyonel Moleküler Sıvıyı dışarı çıkarıyor. Serbest kalan malzeme yeniden sıvılaşıyor, sarı rengine dönüyor ve karanlıkta ışık yayma özelliğini tekrar kazanıyor. Sisteme vakum uygulandığında ise heksan uzaklaştırılıyor ve malzeme yeniden sert katı hale geçiyor. Çalışmanın liderlerinden Doç. Yosuke Tani, mikro kristal elektron kırınımı yöntemiyle üç boyutlu yapısını doğruladıkları dönüşümü şu sözlerle anlattı: “İlk başta FML’yi konak molekülüyle karıştırdığımızda rengin anında kırmızıya dönüşmesi ve fosforesansın sönmesi nedeniyle malzemenin ayrıştığını düşündük. Ancak heksan buharları beklendiği gibi FML’yi serbest bıraktı ve süreç tamamen tersine döndü. Çevresel bir tetikleyici olarak gaz buharını kullanan bu çerçeve, akıllı malzemeler için yeni bir plan sunuyor.”

OPTİK BELLEK VE GAZ SENSÖRLERİNDE KULLANILABİLECEK

Yeni yöntem, moleküler seviyedeki zayıf kuvvetlerin çok sayıda molekülde eş zamanlı olarak düzenlenmesiyle büyük ölçekli fiziksel bir dönüşüm oluşturuyor. Gaz gibi basit çevresel tetikleyicilerle çalışabilen bu tür akıllı malzemelerin yeniden yazılabilir optik bellek sistemlerinde, gaz kaçakları ile kimyasal tehditleri algılayan güvenlik etiketlerinde ve yapısal sertliğini ihtiyaca göre değiştirebilen yumuşak robotik sistemlerde kullanılması hedefleniyor.