Kristal ve cam arası hibrit malzeme

Columbia Üniversitesi liderliğinde yürütülen uluslararası bir araştırma, kristal ve camın özelliklerini birleştiren ve ısıyı sıcaklıktan bağımsız olarak sabit tutan sıra dışı bir malzeme ortaya çıkardı. Göktaşlarında keşfedilen bu hibrit yapı, hem endüstriyel verimliliği artırabilir hem de gezegenlerin termal geçmişine ışık tutabilir.

Columbia Mühendislik Fakültesi’nden Michele Simoncelli ve ekibi, kristallerin ve camların ısı iletim davranışlarını bir arada gösteren yeni bir malzemenin varlığını öngördü. Bu hibrit yapı, sıcaklık değişiminden bağımsız olarak sabit ısıl iletkenlik sunuyor.

GÖKTAŞINDAN GELEN KANIT

Araştırmacılar, 1960’larda tanımlanan silisyum dioksit tridimit formunun bu özel özelliklere sahip olabileceğini hesapladı. Paris’teki Ulusal Doğa Tarihi Müzesi’nden alınan, 1724’te Almanya’ya düşen bir göktaşından oyulmuş örnek üzerinde yapılan deneyler, teoriyi doğruladı. Ölçümlerde, 80 K ile 380 K arasında ısıl iletkenliğin sabit kaldığı görüldü.

SANAYİYE OLASI ETKİLER

Uzmanlar, benzer yapıların çelik üretiminde kullanılan refrakter tuğlalarda da oluşabileceğini belirtiyor. Bu malzemenin kullanılması, çelik üretiminde ortaya çıkan yoğun ısıyı daha verimli kontrol ederek karbon salımını azaltabilir. Çelik, modern toplumun temel malzemesi olsa da üretim süreci karbon yoğun; bu nedenle böyle bir yenilik, küresel emisyonları azaltmada kritik rol oynayabilir.

MAKİNE ÖĞRENMESİ İLE KEŞİF

Simoncelli, kuantum mekaniğinin temel denklemlerini makine öğrenmesi yöntemleriyle çözerek hibrit kristal-cam malzemelerdeki ısı taşınım mekanizmalarını ortaya çıkardı. Bulgular, termoelektrik cihazlar, spintronik uygulamalar ve ısı yönetimi gerektiren ileri teknolojiler için yeni ufuklar açıyor.

TRİDİMİT NEDİR?

• Kimyasal yapısı: Silisyum dioksit (SiO₂) minerali.
• Kristal formu: Yüksek sıcaklıkta oluşan, kuvars ve kristobalit gibi diğer silika formlarına göre daha az yaygın.
• Keşif geçmişi: İlk olarak 19. yüzyılda volkanik kayaçlarda tanımlandı; daha sonra göktaşlarında ve Mars yüzeyinde tespit edildi.
• Özel özelliği: Kristal ve cam yapılar arasında hibrit bir atom düzenine sahip.
• Bilimsel önemi: Isıl iletkenliği sıcaklıktan bağımsız olarak sabit kalabiliyor; bu özellik, termal yönetim teknolojilerinde devrim yaratabilir.
• Endüstriyel potansiyel: Çelik üretiminde refrakter malzeme olarak kullanılabilir, yüksek ısıya dayanıklı kaplamalar için uygundur.