KİMYAGERLER, IŞIK VE HAFİF ISI KULLANARAK AKTİF HALE GELEN AKILLI PLASTİK BENZERİ MALZEMELER GELİŞTİRİYORLAR
''Onlar, yalnızca talep üzerine katılaşan kararlı sıvı yapı taşları olan "gizli monomerler" kullanarak, "uyuyan" katalizörler üzerine yapılan onlarca yıllık çalışmayı alt üst ediyorlar.''
Yaklaşık otuz yıldır, plastiklerin ne zaman ve nerede sertleştiğini kontrol etmeye çalışan araştırmacılar, ışık, ısı veya başka bir sinyalle tetiklenene kadar hareketsiz kalan moleküller olan özel "uyku" katalizörleri tasarlamaya odaklandılar. Bu katalizörler genellikle hassas, pahalı ve kullanımı zordur.
BGU ekibi bu mantığı tamamen tersine çevirdi; makalenin baş yazarlarından biri olan doktora öğrencisi Nir Lemcoff, "Bu çalışma, polimer bilimindeki genel bir probleme yeni bir bakış açısı getiriyor ve umarım bu alandaki bilim insanlarına kendi çalışmalarındaki zorluklara yeni bir bakış açısıyla bakmaları için ilham verecektir" diye açıkladı.
Katalizörün içine açma/kapama düğmesi koymak yerine, onu plastik yapı taşlarının içine gizleyerek "latent monomerler" adı verilen maddeler oluşturdular. Bunlar, haftalarca aktif olmayan, kararlı sıvı yapı taşlarıdır. Daha sonra, yalnızca ışığa veya hafif ısıya maruz kaldıklarında katı, plastik benzeri bir malzemeye "dönüşürler".
Bu yeni latent monomerler, norbornadien adı verilen küçük moleküllerden üretilir. Norbornadienler, ROMP (halka açma metatez polimerizasyonu) adı verilen standart bir plastik üretim yöntemiyle açılabilir ve uzun zincirler halinde bağlanabilir. Üzerlerine UV ışığı tutulduğunda, temelde "kapalı" durum olan kuadrisiklan adı verilen farklı bir forma dönüşürler: aktif değildir ve zincir oluşturmaz. Daha sonra, küçük altın nanopartiküllerle hafif ısıtma, kuadrisiklanı tekrar "açık" hale getirerek reaktif norbornadiene dönüştürür, böylece zincir oluşturma işlemi isteğe bağlı olarak yeniden başlayabilir. Kimyagerler birçok farklı norbornadien kolayca üretebildikleri için, bu değiştirilebilir sistem, mevcut yöntemlerle üretilmesi çok zor olanlar da dahil olmak üzere yüzlerce yeni plastik benzeri malzemenin ortaya çıkmasına yol açabilir.
" 'Uyuyan' bir katalizör yerine, malzemenin kendisinin 'uyuyan' yapı taşlarını yarattık," diye açıklıyor çalışmayı yöneten Ben-Gurion Üniversitesi Kimya Bölümü'nden Prof. Yossi Weizmann. "Karışım haftalarca rafta sessizce bekleyebilir ve ancak üzerine ışık tutulduğunda veya ısıtıldığında katılaşır. Bu tür isteğe bağlı, ışıkla çalışan kürleme, endüstriyel üretim, baskı ve onarım süreçlerini daha güvenli, daha basit ve daha enerji verimli hale getirebilir."
Yeni sıvılar üç temel bileşen içermektedir:
- Birbirine bağlanarak uzun, plastik benzeri zincirler oluşturabilen yapı taşları.
- Zincirleme reaksiyonu başlatan standart bir endüstriyel katalizör.
- Yakın kızılötesi ışıkla aydınlatıldığında mikroskobik ısıtıcı görevi gören minik altın nanoparçacıklar.
"Uyku" halindeyken, latent monomerler, katalizör zaten mevcut olsa bile reaksiyona girmeyen bir formda kilitli kalırlar. Araştırmacılar altın nanopartiküllere ışık tuttuklarında, yakın çevrelerini ısıtarak monomerleri hızla katı bir malzemeye bağlanan "aktif" bir forma dönüştürürler. Aynı anahtar geleneksel ısıtma ile de çalıştırılabilir, ancak bu kadar verimli değildir.
Tetikleyici devreye girene kadar hiçbir şey olmadığı için, üreticiler prensip olarak şunları yapabilirler:
- Kullanıma hazır sıvı formülasyonu, koyulaşma veya sertleşme olmadan haftalarca saklayın ve gönderin.
- Önce parçaları doldurun, kaplayın veya yazdırın, ardından ışık desenleri veya maskeler kullanarak seçili bölgelerde kürleme işlemini başlatın.
- Sürekli olarak yeni karışımlar hazırlama veya tüm hacimleri uzun süre ısıtma ihtiyacından kaçınarak atık ve enerji kullanımını azaltın.
Çalışma ayrıca, değiştirilebilir yapı taşları fikrinin, bir reaksiyonu açıp kapatmaktan çok daha fazlasını yapabileceğini gösteriyor. Ekip, başlangıçtan itibaren aktif olan yapı taşlarını, ısıtılana kadar pasif kalan diğer yapı taşlarıyla karıştırarak, zincirleri iki farklı bölüme sahip plastikler üretebiliyor; bu da tek bir üründe birleştirilmiş özelliklere sahip malzemeler elde edilmesini sağlıyor. Ayrıca, önce şekillendirilmesi kolay yumuşak bir malzeme oluşturup, daha sonra onu daha sert ve dayanıklı bir katıya dönüştürebiliyorlar; bunların hepsi tek bir işlemde gerçekleşiyor.
