Malzeme biliminde "hafiflik" genellikle "kırılganlık" ile eşdeğer görülürdü. Ancak nanoteknoloji bu kuralı yeniden yazdı. Bir malzeme düşünün ki; havadan 75 kat daha hafif olsun, ancak parmağınızla sıkıştırdığınızda kırılmak yerine bir sünger gibi eski haline dönsün. İşte karşınızda: Aerografite.
Kiel Üniversitesi ve Hamburg Teknoloji Üniversitesi araştırmacıları tarafından dünyaya tanıtılan bu sentetik köpük, sadece rekor kıran hafifliğiyle değil, endüstriyel uygulama potansiyeliyle de geleceğin teknolojilerine yön veriyor.
Bu yazımızda, Aerografite'in ne olduğunu, nasıl üretildiğini ve onu diğer nano malzemelerden ayıran üstün özellikleri inceliyoruz.
Aerografite, birbirine bağlı karbon mikrotüplerinden oluşan, %99.99'u hava olan sentetik bir köpüktür. Simsiyah bir süngeri andıran bu malzeme, atomik düzeyde incelendiğinde içi boş karbon tüplerin oluşturduğu karmaşık bir ağ yapısına sahiptir.
Onu özel kılan şey, atomların diziliş şeklidir. Grafen aerojeller karbon atomlarının levhalar halinde (2D) birleşmesiyle oluşurken, Aerografite içi boş tetrapodal (dört kollu) tüplerden oluşur. Bu yapı, ona hem inanılmaz bir hafiflik hem de mekanik sağlamlık kazandırır.
Aerografite, fiziksel özelliklerin mükemmel bir kombinasyonunu sunar:
Santimetreküp başına sadece 0.18 miligram (mg/cm³) ağırlığındadır. Bu değer, onu dünyanın en hafif katı malzemelerinden biri yapar. O kadar hafiftir ki, statik elektriklenme ile bir masanın üzerinden uçabilir.
Geleneksel aerojeller (örneğin silika bazlı olanlar) sıkıştırıldığında kırılır veya toz haline gelir. Aerografite ise kendi hacminin %95'i oranında sıkıştırılabilir ve baskı kalktığında hiçbir hasar almadan orijinal formuna geri döner. Ayrıca kendi ağırlığının 40.000 katını taşıyabilir.
Karbon tabanlı olduğu için mükemmel bir elektrik iletkenidir. Bu özellik, onu sadece bir yalıtım malzemesi olmaktan çıkarıp aktif bir elektronik bileşen haline getirir.
Suyu iter (hidrofobik) ancak organik maddeleri ve yağları emer.
Aerografite üretimi, Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD) yöntemiyle gerçekleştirilir. Süreç şu şekilde işler:
Önce Çinko Oksit (ZnO) tozu kullanılarak kristal bir şablon oluşturulur.
Bu şablon 760°C fırında ısıtılır ve üzerine karbon içeren gazlar gönderilir.
Karbon, ZnO şablonunun üzerine ince bir tabaka (birkaç atom kalınlığında) halinde kaplanır.
Aynı anda hidrojen gazı verilerek içerideki çinko oksit eritilir ve buharlaştırılır.
Geriye sadece çinko oksidin şeklini almış, içi boş karbon iskelet (Aerografite) kalır.
Aerografite'in özellikleri, onu havacılıktan enerjiye kadar birçok sektör için kritik bir aday haline getirmektedir.
Yeni Nesil Bataryalar (Li-ion): Hafifliği ve yüksek yüzey alanı sayesinde lityum-iyon pillerde elektrot malzemesi olarak kullanılabilir. Bu, çok daha hafif ama kapasitesi yüksek bataryalar anlamına gelir.
Havacılık ve Uzay: Uydularda ve uçaklarda titreşim sönümleyici (vibration damper) olarak kullanılabilir. Ultra hafif olması, yakıt tasarrufu ve fırlatma maliyetlerinin düşmesini sağlar.
Filtrasyon Sistemleri: Hava ve su temizliğinde kullanılabilir. Özellikle sudaki zararlı kimyasalları emmek için tekrar kullanılabilir filtreler üretilebilir.
İletken Kompozitler: Plastik veya beton gibi iletken olmayan malzemelere çok az miktarda eklenerek, bu malzemelerin elektriği iletmesi (antistatik özellik kazanması) sağlanabilir.
Aerografite, sıklıkla Grafen Aerojel ile karıştırılır. Ancak Aerografite bir "grafen" türevi değil, kendine has tübüler (tüp şeklinde) bir yapıya sahip karbon malzemedir. Bu fark, mekanik dayanıklılık ve üretim maliyetlerinde Aerografite'i belirli uygulamalarda öne çıkarır.
Hafifliğin güçle buluştuğu bu nokta, geleceğin mühendislik projelerinde standart bir bileşen olmaya adaydır.
