Renk… Işığın materyale kattığı gözle görülebilir en belirgin özellik… Her rengin ışık karşısında bir ısı davranışı vardır. Bir malzemenin bir ışık kaynağı karşışındaki ısı idare yeteneği, rengi ile doğrudan ilişkilidir. Malzemenin rengi, onunısıyı nasıl idare ettiği (ne kadar absorbe ettiği veya ne kadar ittiği) hakkında genel şeyler söyleyebilir.
Basit bir örnek; Sıcak bir yaz gününde siyah bir gömlek giymeyi düşünün; renk pigmenti ne kadar koyu olursa hissedeceğiniz sıcaklık o kadar artar. Ya da cam örneğin; ne kadar şeffaf bir cam olursa, o kadar fazla ısı geçirebilir. Bunlar malzemenin, görünür ve kızılötesi radyasyona verdiği tepkilerdir ve rengi ile doğal olarak bağlantılıdır. Massachusetts Institute of Technology (bundan sonra kısaca MIT olarak bahsedilecek) mühendisleri, renk ve ısı özelliklerini diğer özelliklerinden bağımsız olarak uyarlayabilecekleri polimer malzeme örnekleri geliştirdiler.
Geliştirilen bu polimer malzeme güçlü ve doku benzeri bir yapıdadır. Bu polimer yapıdaki materyali, ısıyı yansıtmak ve serin kalmak için tasarlanmış çok ince siyah film örnekleri üretmek için kullandılar. Ayrıca, her biri, görünür ışığa gösterdikleri tepkiden bağımsız olarak, kızılötesi radyasyonu yansıtmak veya absorbe etmek için yapılmış, başka renklerde bir gökkuşağı sergileyen filmler yaptılar.
Bu renkli filmler talepler doğrultusunda, bir binanın dış cephe, pencere veya çatılarında ısıyı yansıtan şekilde özellikleri ayarlanabileceği gibi; güneş panelleri için ısı emici olarak da ayarlanabilir. Ayrıca dış giyim, çadır ve sırt çantaları için hafif kumaşlar; bunların kullanılacağı ortama bağlı olarak ısıyı yakalamak veya yansıtmak için tasarlanabilir teknolojidedir.
MIT’nin Makine Mühendisliği Bölümünden bilim adamı Svetlana Boriskina, “Bu malzemeyle, her şey daha renkli görünebilir, çünkü istediğiniz termal konforu elde ettiğinizdebir binanın, pencerenin ya da kıyafetinizinne renkolduğuyla ilgilenmezsiniz” diyor. (Boriskina, bugün yeni malzeme mühendisliği tekniğinin ana hatlarını çizen Optical Materials Express dergisinde yer alan bir çalışmanın yazarıdır.
MIT ortak yazarları, Luis Marcelo Lozano, Seongdon Hong, Yi Huang, Hadi Zandavi, Yoichiro Tsurimaki, Jiawei Zhou, Yanfei Xu ve Carl Richard Soderberg Güç Mühendisliği Profesörü Gang Chen ve Yassine Ait El Aoud ve Richard Osgood’dur)
Polimer iletkenler
Bu geliştirme için Boriskina, yüzyıllardır camlara metal parçacıkları ve diğer doğal pigmentler eklenerek yapılan vitray pencerelerde canlı renklerden ilham almıştır. Boriskina, “Ancak cam, mükemmel görsel sağlamasına rağmen, malzeme olarak birçok kısıtlaması var.
Hacimli, esnek değil, kırılgan, ısıyı iyi yaymıyor ve açıkça giyilebilir uygulamalar için uygun değil.” Şeklinde belirtti. Cama renk uyarlamak diğer malzemelere nispeten basit olsa da, camın ısıya tepkisinin ayarlanmasının zor olduğunu söylüyor. Örneğin, cam paneller oda sıcaklığını yansıtır ve odanın içine hapseder. Ayrıca, renkli cam belirli bir yönden gelen güneş ışığına maruz kalırsa, güneşten gelen ısı, cam içinde dağılması zor olan bir sıcak nokta oluşturabilir.
Bu şekilde bir malzeme (yani ısıyı iyi iletemiyorsa veya dağıtmıyorsa) bu ısı malzemeye zarar verebilir.Aynı şey, herhangi bir renkte tasarlanabilen çoğu plastik malzeme için de söylenebilir, ancak çoğu ısıyı absorbe edemeyen yalıtkan tepkiler veya ısıyı uzaklaştırmak yerine kendi içinde tutup has malzeme özelliğine zarar verici tepkiler gösteriyor. Geçtiğimiz birkaç yıl boyunca, Chen’in laboratuarı, çoğunlukla elektronikteki uygulamalar için yalıtkan ve esnek, hafif polimer malzemeleri işlemek için yollar araştırıyor.
Önceki çalışmalarda, araştırmacılar polietilen gibi polimerleri dikkatlice esneterek malzemenin içyapısını ve ısı iletken özelliklerini de değiştirecek şekilde müdahale edebileceklerini bulmuşlardır.
Boriskina, bu tekniğin sadece polimer esaslı elektroniklerin üretimi için değil, aynı zamanda mimaride ve konfeksiyonda da faydalı olabileceğini düşünüyor.Bu polimer üretim tekniğini,biraz büküm ve renk ekleyerek uyarladı ve “Tüm bu farklı özelliklere sahip yeni bir materyal geliştirmek çok zor” diyor.
“Genellikle bir özelliği ayarlarsanız, diğeri yok olur. Burada, bu grupta keşfedilen bir özellikle başladık ve sonra yaratıcı bir şekilde yeni bir özellik ekledik. Hepsi birlikte çok işlevli bir materyal olarak çalışıyor.” Şeklinde bir yorumda bulundu.Renkli filmleri üretmeye çalışan ekip, filme istenen rengi vermek için belirli nanoparçacıkları ekledikleri polietilen tozu ve kimyasal bir çözücü karışımıyla başladı.
Örneğin, siyah film yapmak için, silikon parçacıkları eklediler; çeşitli ticari boyaların eklenmesiyle diğer kırmızı, mavi, yeşil ve sarı filmleri elde ettiler. Daha sonra her bir nano parçacık gömülü filmi yumuşatmak için ısıttılar ve malzemeyi dikkatli bir şekilde bükümle uzattılar. Uzattıkça daha esnek hale getirecekleri rulodan ruloya aktarım aparatına tutturdular.
Her filmi uzattıklarında, şaşırtıcı bir şekilde malzemenin daha şeffaf hale geldiğini keşfettiler. Ayrıca, polietilenin mikroskobik yapısının eskisi gibi değiştiğini gözlemlediler. Normalde, malzemenin polimer zincirleri, pişmiş spagetti’ye benzer şekilde düzensiz bir karışıklıkta olsada, bu zincirler gerildiğinde, paralel lifler oluşturur. Bunu dikkatle uygulayarak paralel lifler elde ettiler.
Sonra her numuneyi güneş simülatörünün altına (güneşin görünür ve termal ışınımını taklit eden bir lamba) yerleştirildiğinde, filmin ne kadar gergin olduğundane kadar çok ısıyı dağıttığını hesapladılar. Uzun, paralel polimer zincirler, ısının hareket edebileceği doğrudan bir yol sağladı. Bu zincirler boyunca, ısı, fononlar biçiminde (Fonon, bir kristal örgüsünde bulunan atomların ortak titreşimlerinin ölçülebilmesi) , daha sonra sıcak noktaların oluşumunu engelleyerek balistik (yani ince yapıda enine hız yayılımı gösterebilen) bir şekilde yayılabildi.
Araştırmacılar ayrıca, malzemeyi ne kadar az gerdiklerinde, o kadar yalıtkan olduğunu, ısı hapsettiğini ve polimer aralıkları içinde sıcak noktalar oluşturduğunu gözlemlediler.
Boriskina; “Malzemenin gerilme derecesini kontrol ederek, malzemenin renginden bağımsız olarak polietilenin ısı iletme özelliklerini kontrol edilip aynı zamanda nanoparçacıkları dikkatle, sadece görsel renkleri ile değil, görünmez radyasyon ısısı ile etkileşimleriyle de belirlenebilir. Araştırmacıların bu tekniği, uygulamaya bağlı olarak ısı iletebilen veya izole edebilen ince, esnek, renkli polimer filmler üretmek için potansiyel yöntem olarak kullanabileceklerdir.” diye söyledi.
Boriskina, ilerde bir malzemenin renk ve ısıl özelliklerini hesaplamak içinboyutlarına ve iç yapısına bağlı olarak gelişen algoritmalar sunan bir web sitesi başlatmayı planlıyor.
Boriskina ve ekibi şimdilerde Polimer Filmlerine ek olarak, ya yalıtkan ya da soğutma amacıyla tasarlanan hafif giysiler oluşturmak üzere bir araya getirilebilen nanoparçacık gömülü polietilen iplik üretimi üzerine çalışıyor. Boriskina’nın “Bu şu an film faktörüdür, ancak elyaf ve kumaşlar üzerinde çalışıyoruz” diyor. “Polietilen milyarlarca ton üretiliyor ve geri dönüştürülebiliyor. Büyük çaplı üretim için önemli engeller görmüyorum.” şeklindeki açıklaması, konfeksiyon ürünlerinde geri dönüşümün daha fazla sağlanabileceğine dair umut vaadediyor.
Bakalım gelecekte hangi renkte nanoparçaçıklı bluzlar bizi serin tutacak?
Editör / Yazar: Esra KELEŞ
Kaynak: https://phys.org/news/2019-04-tune-material-thermal-properties.html
