Kendini Tamir Edebilen Malzemeler

İlk kendini tamir edebilen malzemeler 2001 yılında Scott White, Nancy Sottos ve Illinois Universitesi’ndeki diğer meslektaşları tarafından, iç adhesive gömülmüş bir polimer (uzun ve tekrarlı moleküler yapıda) olarak bildirilmiştir. Ardından yeni ve farklı özellikte kendini tamir edebilen malzemeler üretilmiştir.

Kendini tamir edebilen malzemeler 4 ana gruba ayrılır;

• Malzemenin iç kısmına nüfuz ederek sağlamlaştıran malzemeler
• Mikrovasküler malzemeler (Microvascular materials)
• Şekil hafızalı malzemeler (Shape-memory materials)
• Tersinir polimerler (Reversible polymers)

-En çok bilinen kendini tamir edebilen malzemeler : yapısında gömülü mikrokapsüllerle dolu tutkal formuna benzeyen, hasarı tamir eden kimyasallardır. Malzeme içinden kırılırsa kapsüller patlar ve kimyasal kırığın içine dolar. Bu sistem tıpkı epoxy olarak adlandırılan adhezif yapıştırıcı gibi işler. Genellikle iki sıvı polimer birlikte karıştırıldığında oluşan kimyasal reaksiyon daha güçlü bir adhezif form ortaya çıkarır.

-Yaklaşık 100 mikron kalınlığında ve onarım kimyasalını (adhezif ya da ne gerekiyorsa) gerekli noktaya sadece ihtiyacı olduğunda pompalayabilecek bir yapı. Onarım malzemesinin transferi zor olduğundan ötürü bu yöntem yavaş çalışıyor ve aniden gelişen olaylarda maalesef yetersiz kalıyor. Ancak gökdelen ve köprü gibi, çatlakların yavaşça yayıldığı yapılarda; sistem oldukça güzel işliyor.

-Şekil hafızalı malzemeler, Basit ve yaygın bir uygulama olarak gözlük çerçevelerinde kullanılıp, nitinol (nikel-titanyum) alaşımı sayesinde herhangi bir bükülme sonrası çerçeveyi eski şekline getirmemiz onarımı için yeterli oluyor. Metale eski formunu kazandırmak için gerekli enerji veriliyor. Şekil hafızalı malzemeler hasarın olduğu bölgeye gerekli enerjiyi aktarmak için bir mekanizma kullanıyor.

-Tersinir polimerler,  ısı ya da ışık yoluyla harekete geçmiş dağınık parçacıklar en yakındaki moleküle bağlanarak hasarı tersine çevirir yani malzemeyi onarır. Bazı durumlarda kırılmış parçalara gömülü elektrostatik çekim veren uçlar, elektrik yüklemesiyle kırılır. Hasar meydana geldiğinde elektrostatik kuvvet parçacıkları bir araya getirir ve malzemenin kendini tamir etmesine olanak sağlar. Bazen hasarı tamiri için biraz ısı yeterli olur.

Kendini onaran malzemeleri hangi alanlarda kullanabiliriz?

Köprülerin kendi çatlaklarını onarmalarını, arabaların şekil hafızalı polimerlerle yapılarak yavaş çarpışmalarda eski haline gelebilmesi gibi her çeşit uygulamada kendini iyileştiren malzeme kullanımını hayal etmek zor değil. İlk kendini iyileştiren madde kullanımını muhtemelen hava şartlarına ya da diğer yüzey bozucu etkilere dayanıklı boya ve kaplamalarla seri üretimde göreceğiz.  Daha gelişmiş kendini onaran maddeler boru hatlarının kaynaklarında contalarında görülebilir. Bir gün insan vücudunun da doğal bileşenleriyle kendini iyileştirdiğini görebiliriz.