Havacılık ve uzay mühendisleri yıllardır "daha hafif, daha iletken ve daha sağlam" malzemenin peşindeydi. Grafen uzun süre bu tahtın sahibi gibi görünse de, 2011 yılında keşfedilen MXene (telaffuzu "mek-zin"), özellikle İHA üreticilerinin yeni gözdesi haline geldi.
İki boyutlu (2D) geçiş metali karbürleri ve nitrürleri olan MXene'ler, adeta "iletken kil" gibi davranır. Hem metal gibi elektriği mükemmel iletirler hem de suda işlenebilirler. Peki, bu siyah tozlar bir İHA'nın performansını nasıl ikiye katlayabilir? İşte detaylı uygulama örnekleri.
İHA'lar, motorlardan, sensörlerden ve iletişim modüllerinden yayılan elektromanyetik sinyallerle doludur. Bu sinyallerin birbirini bozmasını (parazit yapmasını) engellemek için Elektromanyetik Girişim (EMI) Kalkanlaması gerekir.
Eski Teknoloji: Geleneksel olarak bu iş için bakır veya alüminyum levhalar kullanılır. Bu metaller ağırdır ve İHA'nın menzilini düşürür.
MXene Çözümü: Mikron kalınlığında bir MXene film tabakası, kendisinden binlerce kat daha kalın bir bakır levha ile aynı korumayı sağlar.
Detaylı Örnek: Bir gözetleme İHA'sının hassas GPS modülü, motor gürültüsünden etkilenmemesi için MXene kaplı bir kutu içine alınır. Bu kaplama o kadar hafiftir ki, araca neredeyse sıfır ek ağırlık bindirir. Ayrıca, MXene'in katmanlı yapısı radar dalgalarını emerek "iç yansıma" yaratır ve İHA'nın radar izini (RCS) düşürmeye yardımcı olur.
Bir İHA'nın en büyük düşmanı sınırlı uçuş süresidir. Lityum-iyon piller yavaştır ve ağırdır.
Hızlı Şarj: MXene, katmanlı yapısı sayesinde iyonların çok hızlı hareket etmesine izin verir. Bu, pillerin dakikalar içinde şarj olmasını sağlayan elektrotlar üretmek için kullanılır.
Uygulama Örneği: "Sürü İHA" (Drone Swarm) operasyonlarını düşünün. Görevi biten İHA üsse döner, MXene bazlı süperkapasitör destekli bataryası sayesinde 50 dakika yerine 5 dakikada şarj olur ve hemen tekrar havalanır. Operasyonel kesinti süresi minimuma iner.
Yüksek irtifada veya soğuk iklimlerde İHA kanatlarında oluşan buzlanma, aerodinamiği bozarak aracın düşmesine neden olabilir.
Isıtma Teknolojisi: MXene mükemmel bir elektro-termal malzemedir. Yani üzerine az miktarda elektrik verildiğinde çok hızlı ısınır (Joule Isınması).
Nasıl Çalışır?: İHA kanadının hücum kenarına (öndeki rüzgarı karşılayan kısım) çok ince bir MXene boyası sürülür. Buzlanma sensörü uyarı verdiğinde, pil sisteminden düşük bir voltaj gönderilir. MXene saniyeler içinde ısınarak buzu eritir. Ağır ve enerji canavarı rezistans tellerine gerek kalmaz.
Geleceğin İHA'ları, tıpkı insan derisi gibi acıyı veya hasarı hissedebilecek.
Piezorezistif Özellik: MXene, üzerine baskı uygulandığında veya esnetildiğinde elektriksel direncini değiştirir.
Uygulama: İHA'nın kompozit gövdesine entegre edilen MXene sensörleri, uçuş sırasında kanatlardaki titreşimi, rüzgar basıncını veya gövdede oluşan mikro çatlakları anlık olarak yer kontrol istasyonuna bildirir. "Kanadımda çatlak var, üsse dönmeliyim" diyebilen İHA'lar hayal değildir.
Grafen harika bir malzemedir ancak üretimi zor ve maliyetlidir, ayrıca suda dağılması zordur (hidrofobiktir). MXene ise hidrofiliktir (suyu sever). Bu sayede çevre dostu su bazlı boyalar ve mürekkepler halinde kolayca üretilebilir, İHA yüzeylerine sprey ile sıkılabilir veya 3D yazıcılarla basılabilir. Üretim kolaylığı, seri üretim İHA'lar için MXene'i bir adım öne çıkarır.
MXene malzemeler laboratuvardan çıkıp endüstriyel uygulamalara hızla geçiyor. Özellikle Titanyum Karbür (Ti3C2Tx) sınıfı MXene'ler, Türk savunma sanayisinin İHA projelerinde menzil artırımı, elektronik harp koruması ve yapısal dayanıklılık için kritik bir rol oynama potansiyeline sahiptir.
MXene nedir? MXene, metallerin ve karbon/azotun birleşimiyle oluşan, iki boyutlu, elektriği ileten ve mekanik olarak çok sağlam yeni nesil bir malzeme ailesidir.
İHA'larda neden kullanılır? Ağırlık tasarrufu, radar görünmezliği (EMI kalkanlama), çok hızlı şarj olan bataryalar ve buzlanma önleyici kaplamalar sağlamak için kullanılır.
Grafenden farkı nedir? MXene, grafene göre daha iyi iletkenlik sunabilir ve en önemlisi su bazlı çözeltilerle çok daha kolay işlenebilir, bu da endüstriyel kaplamayı kolaylaştırır.
