"Örümcek Adam" ı izledikten sonra, bilim adamları bunu düşündü
Örümcek Adam filmini izlemiş arkadaşlar kesinlikle Örümcek Adam'dan etkilenecek: Örümcek Adam bir sürü örümcek ipeği ile gökdelenler arasında uçabilir. Sorabilirsiniz, örümcek ipeği gerçekten bu kadar büyülü mü? Aslında, bilim adamları yarım asır önce örümcek ipeğinin en güçlü biyolojik malzeme olduğunu ve mukavemetinin ve sertliğinin alaşımlı çeliği aştığını keşfettiler.
Ancak örümcek ipeğinin gücünü hissedemiyoruz ve tek dokunuşla örümcek ağını yok edebilir. Duygularımız bilim adamlarının vardığı sonuçlarla neden tutarsız? Bunun nedeni örümcek ipeğinin çok ince olması, çapının genellikle birkaç mikron olması, insan saçının çapının yalnızca onda biri kadardır.
Şekil 1 Örümcek ağının resmi
Neden bu kadar ince bir örümcek ipeği alaşımlı çelikle karşılaştırılabilecek güç ve tokluğa sahiptir?
Bunun nedeni, örümcek ipeğinde çeşitli örümcek ipek proteinlerinin sert kristal bölgeler (Şekil 2'deki dikdörtgen tabaka yapısıyla gösterildiği gibi) ve esnek amorf bölgeler (eğimli yapı ile gösterildiği gibi) oluşturmasıdır. Kristalin alan örümcek ipeğine yüksek mukavemet verirken, amorf alan dış kuvvetin etkisi altında deformasyona meyillidir ve örümcek ipeğine yüksek tokluk verir.
Örümcek ipeğinin mükemmel mekanik özelliklere sahip olmasının nedeni, kristalin bölgenin ve amorf bölgenin bir arada bulunması ve sinerjistik etkisidir.
Şekil 2 Örümcek ipeğinin mikro yapısı
Bilim adamları uzun süredir örümcek ipeğinin yapısını taklit ederek yüksek performanslı elyaf malzemeler yapmayı umuyorlardı. Özellikle son yıllarda, esnek elektroniklerin hızla gelişmesi nedeniyle, insanlar geleneksel elektronik cihazları vücuda rahatça takılabilen bükülebilir ve gerilebilir esnek cihazlar haline getirmeyi umuyor. Bu talebi karşılamak için, gerilebilir elektronik cihazların hazırlanmasında anahtar malzemeler olan elastik ve gerilebilir iletken liflerin geliştirilmesi çok önemlidir.
İletken hidrojel, belirli bir esnekliğe ve gerilebilirliğe sahip bir tür iletken malzemedir, ancak geleneksel iletken hidrojel, mekanik özelliklerini ve elektrik iletkenliğini ciddi şekilde sınırlayan düzensiz mikro yapıya sahiptir.
Örümcek ipeğinin düzenli yapısından ilham alan Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Profesör Mingming Ma, elastik ve gerilebilir iletken lifler hazırlamak için yeni bir strateji önerdi.Jel eğirme yöntemi aracılığıyla, iletken hidrojeldeki polimer düzenlenmiş ve kontrol edilmiştir. Zincir düzenlemesi ve yönlendirmesi, yüksek performanslı iletken hidrojel elyafların hazırlanmasının amacıdır. Bu çalışma, akıllı tasarım fikirlerini ve mükemmel malzeme özelliklerini gösteren "Doğa · İletişim" dergisinde yayınlandı.
Profesör Ma Mingming, iletken hidrojel fiberlerin maliyeti ve uygulama beklentilerini göz önünde bulundurarak, hammadde olarak sodyum poliakrilatı seçti. Sodyum poliakrilat, büyük endüstriyel çıktı, düşük fiyat, güvenlik ve toksisite özelliği olmayan, yaygın olarak kullanılan süper emici bir malzemedir, örneğin bebek bezlerinde bulunur. Sodyum poliakrilat suda kolayca çözünür, ancak dimetil sülfoksit içinde çok az çözünür.
Şekil 3a'da gösterildiği gibi, sulu eğirme olabilen viskoz bir çözelti elde etmek için sodyum poliakrilatın karışık bir su ve dimetil sülfoksit çözücüsü içinde çözülmesi. Suyun dimetil sülfoksite göre buharlaşması daha kolay olduğundan, suyun buharlaşmasıyla birlikte, ıslak ipekdeki dimetil sülfoksit içeriği artmaya devam eder ve sodyum poliakrilat, hidrojel lifleri oluşturmak için çözelti fazından çökelir. Bir polimetil akrilat su geçirmez tabakanın kaplanmasıyla, su geçirmez bir iletken hidrojel elyaf (MAPAH elyaf) elde edilebilir.
Şekil 3 a. Sodyum poliakrilat çözeltisinin eğirme işlemi; b. Hidrojel liflerinde sıralı yapı.
Şekil 3b'de gösterildiği gibi, iletken hidrojel fiberde, kristalin bölge ve amorf bölge bir arada var olur ve hızla ve tersine çevrilebilir. Mekanik özellikler, elektriksel iletkenlik ve don direnci.
Şekil 4'te gösterildiği gibi, iletken hidrojel fiber, yüksek gerilme mukavemetine (5.6MPa) ve kopmada büyük uzamaya (% 1200) sahiptir ve büyük miktarda gerildikten sonra hızla iyileşebilir. Sodyum poliakrilat hidrojel iletken bir çekirdek olarak kullanılır (iletkenlik 2S m-1'dir) ve polimetil akrilat tabakası su geçirmez ve yalıtkan bir kaplama olarak kullanılır, böylece iletken hidrojel fiber yüksek gerilebilirliğe sahip elastik bir tel olarak kullanılabilir. İletken hidrojel lifleri, mükemmel don direnci gösteren eksi 35oC'lik düşük bir sıcaklıkta bile gerilebilirlik ve iletkenliklerini koruyabilir.
Yüksek performanslı ve düşük maliyetli bir elastik gerilebilir iletken hidrojel elyaf olarak iletken hidrojel elyaf, tekstil malzemelerine dayalı gerilebilir elektronik cihazlar geliştirmek için kullanılacaktır.
Şekil 4 Üstteki görüntü, hidrojel liflerinin görünümünü ve mikro yapısını göstermektedir. Aşağıdaki şekil, hidrojel fiberlerin yüksek mukavemete ve yüksek tokluğa sahip olduğunu ve düşük sıcaklıklarda mekanik özelliklerini ve elektriksel iletkenliklerini koruyabildiğini göstermektedir.
Bu araştırmanın önemi, esnek elektronik cihazların üretiminde kullanılabilecek yüksek performanslı iletken bir hidrojel elyafın hazırlanmasıyla sınırlı değildir.Bu araştırma, örümcek ipeğinin mikroyapısını taklit ederek yüksek performanslı malzemelerin hazırlanmasında da büyük önem taşımaktadır. İş, yeni fikirler sağlar.
