ABD’deki Texas A&M Üniversitesi’nden malzeme bilimcileri, delindikten sonra katı ve sıvı haller arasında geçiş yaparak kendi kendini iyileştirebilen dinamik bir polimer malzeme geliştirdi. Bu yeni malzemenin, uzay araçlarının korunması başta olmak üzere birçok potansiyel uygulaması bulunuyor.
Malzemenin Çalışma Prensibi Açıklandı
Araştırmacılara göre daha önce benzeri görülmemiş kendi kendini iyileştirme özelliklerine sahip bu polimer, yüksek hızlı bir mermi tarafından vurulduğunda, merminin geçişine izin verirken kendisinden çok daha küçük bir delik oluşturacak şekilde esniyor. Malzeme bilimi ve mühendisliği bölümünden Profesör Svetlana Sukhishvili, “Bu, herhangi bir ölçekte bir malzemenin ilk kez bu davranışı sergilemesi,” dedi. Polimer, Kovalent Adaptif Ağlar (CANs – Covalent Adaptive Networks) adı verilen bir malzeme sınıfına ait ve spesifik olarak, kırılıp yeniden oluşabilen dinamik kovalent bağ ağlarına sahip bir Diels-Adler Polimeri (DAP) olarak tanımlanıyor. Yüksek hızlı bir çarpmayla katı polimer film eriyerek merminin kinetik enerjisinin çoğunu emiyor. Mermi içinden geçerken film esneyip sıvılaşıyor. Delinme gerçekleştikten sonra ise polimer hızla soğuyarak kovalent bağları yeniden oluşuyor ve geride sadece küçük bir delik bırakarak katı haline geri dönüyor.
Nano Ölçekte Testler Yapıldı
Araştırma ekibi, Lazer Kaynaklı Mermi Çarpma Testi (LIPIT) kullanarak 3.7 mikrometre çapındaki silika mermileri, 75 ila 435 nanometre kalınlığındaki ince polimer katmanına fırlattı. Çarpmayı ultra yüksek hızlı bir kamera ile kaydedip sonuçları taramalı elektron mikroskobu ve diğer gelişmiş tekniklerle analiz ettiler. Başlangıçta, doktora öğrencisi ve makalenin baş yazarı Zhen Sang, hedeflenen polimerde delik bulmakta zorlandı. Ancak örneği kimyasal analizi yüksek ölçekli çözünürlükle birleştiren kızılötesi nano spektrometre altında incelediğinde küçük delikleri tespit edebildi. Sang, “Kullandığımız LIPIT cihazıyla, geleneksel ölçekli mermilere ve hedeflere göre kat kat daha yüksek bir gerinim oranından bahsediyoruz. Bu perspektifte malzemeler çok farklı davranıyor,” dedi. Bu olayın şu an için makro seviyede tekrarlanamadığı belirtiliyor.
Potansiyel Kullanım Alanları Belirlendi
Bu malzemenin potansiyel uygulamaları arasında, uzay aracı pencerelerini mikrometeoroid çarpmalarına karşı daha dayanıklı hale getirmek bulunuyor. Saniyede 10 km hızla hareket eden mikrometeoroidler, uzay araçlarında gözle görülür delikler oluşturabiliyor. Bu polimerden bir katman içeren bir pencere, potansiyel olarak meteoroidin kendisinden bile daha küçük bir hasarla darbeyi atlatabilir. Ayrıca askeri ekipmanlar ve vücut zırhları için de kullanım potansiyeli taşıyor.
Gelecek Araştırmalar Planlandı
Profesörler Edwin Thomas ve Svetlana Sukhishvili, farklı polimer bileşimleri, sıcaklıklar ve stres tepkileriyle araştırmalarına devam ediyor. Hedefleri, kinetik enerjiyi emmek için bağları kırıp hızla yeniden oluşturan ve bir mermiyi, malzeme kendini iyileştirmeden önce bu bağları birden çok kez kırmaya zorlayan DAP’ler tasarlamak. Thomas, “Bugüne kadar hiçbir malzeme, balistik bir olayın mikrosaniyeden kısa süresi içinde deforme olma, kırılma, yeniden oluşma – ve sonra tekrar deforme olma, kırılma ve yeniden oluşma için gereken zaman tepkisine sahip değil,” diyerek gelecekteki hedeflerini belirtti.
