Nano seramik fiberden hafif ve sünger benzeri bir malzeme üretildi. Yüksek gözenekli yapıya sahip, sıkıştırılabilen ve ısıya dayanıklı süngerler su arıtma sistemlerinden ısı yalıtım sistemlerine kadar geniş bir alanda yerini alabilir.
Seramik fiber, “Oldukça esnek olabilen ve yüksek ısı direncine sahip bir malzeme üretilebilir mi?” sorusundan yola çıkılarak Brown Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Profesörü Huajian Gao ve yardımcıları tarafından üretilmiş.
Bildiğiniz üzere, seramikler ısıya dayanıklıdır ancak oldukça sert ve kırılgan bir malzemedir. Seramik malzemedeki en ufak bir çatlak bile hızlı bir şekilde yayılarak parçanın kırılmasına, tamamen zarar görmesine neden olabilir. Ancak bu durum geleneksel seramikler için geçerlidir ve nano boyutlarda sistem daha farklıdır. Nano boyutlarda çatlaklar ve kusurlar o kadar küçük olur ki onları harekete geçirip yayılmalarını sağlamak için oldukça fazla enerji harcanması gereklidir. Bu nedenle araştırmacılar yukarıdaki sorunun cevabını bulabilmek için seramik nano fiberler üzerinde çalışma yapmışlar.
Karşılaşılan en büyük sorun seramik nano fiberlerin üretilmesinin zorluğu. “Electrospinning” olarak bilinen nano fiber üretim yöntemi, seramikler için kolay uygulanabilir bir yöntem değil. Diğer potansiyel üretim yöntemi ise pahallı ve üretimi zaman alan 3 boyutlu lazer baskı yöntemi.
Bu nedenle araştırmacılar “blow-spinning” olarak bilinen minik bir şırınga içindeki seramik solüsyonunun hava ile sıkıştırılarak ince delikten fiber halinde çıkarıldığı yöntemi kullanmışlar. Solüsyon hava basıncıyla şırıngadan çıkarken hızla dönen bir kafaya sarılarak katılaşıyor belirli bir süre sonra ise dönen kafa üzerinde tıpkı bir pamuk yumağı gibi seramik lifler birikiyor.
Araştırmacılar laboratuvar ortamında bu yöntemle bir çok farklı seramik türünden sünger üreterek her birinin dikkate değer bir özelliği olduğunu keşfettiler.
Üretilen süngerler standart seramiklerde görülemeyecek bir özellik gösterdi, hacimlerinin %50’si oranında sıkıştırıldıktan sonra eski formuna geri döndüğü gözlendi. Ayrıca 800 oC’ ye kadar bu özelliklerini koruduğu tespit edildi.
Araştırmada gözlenen özelliklerden diğeri ise yüksek ısı yalıtımı. Aşağıdaki fotoğrafta görüldüğü gibi araştırmacılar, Titanyum dioksit nano fiberlerden yapılmış yaklaşık 7 mm kalınlığındaki seramik süngerlerin üzerine çiçek yaprakları yerleştirdi. Alt taraftan 400 oC’ye kadar 10 dakika boyunca ısı verilerek yaprakların solma sürecini gözlemlediler. Aynı şartlar altında diğer tipteki gözenekli seramik malzemelerin üzerindeki yapraklar gevrek bir hal aldı ve yandı. Ancak seramik sünger üzerindeki yaprakların daha zor solduğunu gözlemlediler.
Seramik süngerlerin sahip olduğu bu esneklik ve ısı direnci sayesinde, itfaiyeci elbiselerinin yalıtım malzemesi olarak kullanılabilir.
Diğer potansiyel kullanım alanı ise su arıtma sistemleri. Titanyum dioksit sudaki bakterileri ve diğer mikroorganizmaları öldüren, organik molekülleri parçalamak için kullanılan bir fotokatalizördür. Yapılan araştırmalarda titanyum dioksit seramik süngerin, ağırlığının 50 katı kadar organik boya içeren suyu absorbe edebildiği gözlendi. Işıklandırma altında 15 dakika içinde organik boya içeren suyu çözebildi. Ayrıca titanyum tozlarından yapılmadığı için tekrar tekrar kullanılabilir.
Huajian Gao ve yardımcıları, seramik nano fiberlerin sünger formuna getirilmesinin oldukça ucuz olduğunu ve işlemin büyük ebatlarda üretime uygun olduğunu da belirtiyor.