Katalog

Nanoteknoloji Uygulamaları: Paslanmayı Geciktiren Süper Su İtici Kaplamalar Polimerlerden yararlanarak yüzeylerin korunması elli yılda büyük bir gelişme gösterdi. Yüzey kaplamalar uçak, otomotiv, ambalaj üretiminde, askeri ve endüstriyel giysi imalatında yaygın olarak kullanılıyor. Doç.Dr. Nihal Sarıer (İstanbul Kültür Üni.) , Prof.Dr. Emel Önder (İstanbul Teknik Üni.) Su damlası K Süper su itici “Lotus etkili” nano malzemelerle yüzey kapaplama yüzeyler bir yandan çizilme sıyrık gibi fizik lama: Bilindiği gibi çamurlu sularda yaşayan lotus (Nelumbo sel etkilerden yüzeyi korurken diğer yandan dıştan nucifera: Nilüfer çiçeği) bitkisinin yaprakları kir tutmaz, üzeiçe katı, sıvı ya da gaz geçişine engel olarak alttaki rindeki su damlacıkları yüzeyden kolayca kayarak uzaklatabakanın korunmasını sağlar. Ancak kaplama malzemelerin şır. Lotus bitkisinin kendini temizleme mekanizmasından kendileri de belirli bir mekanik ve kimyasal dayanıma sa yararlanarak, su ile yüzey arasındaki temas açısının 150°’den hiptir. Yüzeyde oluşabilen çizik ya da ufak bir gözenekten büyük olduğu yani suyun yüzeyde tutunamadığı süper hidesas malzemeye ulaşan asit yağmuru, tuzlu su ya da diğer pas rofobik (su sevmez) kendini temizleyebilen malzemeler ve yapıcı ve aşındırıcı kimyasallar aşınma ve korozyona neden tekstiller üretildi. olur. Bunun ardından, pek çok araştırmacı “Lotus Etkisi”nden Malzeme korozyonu: Aşınma ve paslanma: Metaller, po yararlanarak metallerde ve çeşitli kompozitlerde aşınmayı limerler, seramikler ve kompozitlerde gözlenen korozyon ola ve paslanmayı engelleyici yüzey kaplamaların yapılması, giyyı, malzemenin çevresi ile kimyasal olarak etkileşmesi so si sistemlerinde kimyasal ve biyolojik etkilerden korunma nucu bozunması olarak tanımlanır. Bozunma sonucunda mal özelliklerinin geliştirilmesi çalışmalarına başladı. zemenin fiziksel ve kimyasal özellikleri değişir. Malzemelerin aşınma ve paslanma maliyeti dünya çapında bir yılda yaklaşık Doğal hidrofobluk Biyomimetik yüzey Süperhirofbik kaplamalar Paslanmanın engellenmesi 3,3 trilyon TL (2,2 trilyon dolar) gibi çok yüksek bir değere karşılık gelir. Hem ekonomik sonuçları bakımından, hem de uçak kaŞekil 2 Süperhidrofobik biyomimetik yüzeylerin kaşfedilmesi, su itici paslanmayı engelleyizaları gibi telafisi mümkün ci kaplamaların geliştirilmesini sağlamıştır. olmayan kazaların ve çevre kirliliğinin önlenmesi bakımından aşınma ve paslanmanın yavaşlatılması ya da durSüperhidrofobikliğin sağlanması için boya ya da kapdurulması araştırma çalışmalarında çok önemli bir yer tut lama malzemesinin içine su itici özellikte önce 100 µm maktadır. 50 µm boyutlarında örneğin silika ( SiO2) tanecikler kaİnşaat, araba, uçakuzay başta olmak üzere pek çok en tılmakta, daha sonra bir kimyasal tepkime ile boyutları 70 düstride en yaygın olarak kullanılan malzemeler metaller ve nm1nm aralığında değişen polimer esaslı nano tanecikmetal alaşımlardır. Kısaca paslanma olarak adlandırılan me ler mikro taneciklerin üstünde oluşturulmaktadır. Şekil 3’de tal korozyonu, yüzeyde başlayan ve genellikle malzemenin taneciklerin yaklaşık 300 farklı hiyerarşik düzende yer aliç kısımlarına doğru ilerleyen bir elektrokimyasal pil tep dığı bu tür bir kaplama malzemesinin taramalı elektron mikkimesidir. Bu tepkime sulu ortamda özellikle de tuzlu su or roskop görüntüsü verilmiştir. Mikro ve nano taneciklerin tamında hızlanır. (bakınız Şekil 1) hiyerarşik bir düzen içinde bir arada bulunması sayesinde, Demir Şekil 1: Sulu ortamda demir bir yüzeyde paslanma letilerek hızlandırılmış korozyon deneyi yapılan iki ayrı çelik panelin fotoğrafları incelendiğinde süper su itici yüzeyin paslanmayı neredeyse durdurduğu görülmektedir. Kuşkusuz bu buluş, korozyonla mücadelede önemli bir yer tutacaktır. Kendini temizleyebilen tekstiller ve korozyonu engelleyici kaplamalar başta olmak üzere süper su iticiler çok geniş uygulama alanları bulmaktadır. Bunlar su geçirmez kumaşlar, leke tutmaz duvarlar, kendini temizleyebilen lavabo ve pisuvarlar, duşa kabinler, güneş panelleri, gökdelen camları, otomobil ve diğer taşıtların camları, donmaz (antifriz) yüzeyler olarak sıralanabilir. Ülkemizde endüstriyel ürün tasarımı ve üretiminde katma değeri yüksek malzemelere yönelme çabalarında, nanoteknoloji yardımı ile süper su itici kaplama ve tekstil üretimi önemli bir yer tutabilir. Kaynaklar: F. PresuelMoreno, M. A. Jakab, N. Tailleart, M. Goldman, J. R. Scully, “Corrosion resistant metallic coatings”, Materials Today 11(10) (2008)1423. B.E. Koene, ShiHau Own, Richard S. Taushanoff , “Self Healing Superhydrophobic Coatings For Corrosion Protection”, 2009 DoD Corrosion Conference, August 1014 2009, Washington. Masashi Miwa,Akira Nakajima,Akira Fujishima, Kazuhito Hashimoto, Toshiya Watanabe, “Effects of the Surface Roughness on Sliding Angles of Water Droplets on Superhydrophobic Surfaces”, Langmuir, 16 (13) (2000) 5754–5760. Tao Liu , Yansheng Yin, Shougang Chena, Xueting Chang, Sha Cheng, “Superhydrophobic surfaces improve corrosion resistance of copper in seawater”, Electrochimica Acta 52 (2007) 3709–3713. pürüzlü yüzeyin ve yüzey alanının olağanüstü arttırıldığı ve böylece su ile yüzey arasındaki temas açısının 165°’yi bulduğu, su damlacıkların yuvarlanma açısının 0,3°’ye kadar düştüğü yüzeyler elde edilebilmektedir. Genellikle poliüretan esaslı malzemelerden üretilen süper su itici kaplaŞekil 3 (a) 400 nm’lik tanecikler üzerinde 20 nm’lik süper su itici tanecikler, (b) malar yüzeyde paslanma ve bozunma tepkimelerini olağanüstü yavaşlat400 nm’lik tanecikler üzerinde 70 nm’lik süper su itici tanecikler maktadır. Şekil 4’de tuzlu su içinde bekCBT 1213 / 14 18 Haziran 2010 Çelik levha (kontrol gr) Süper su itici poliüretan ile kaplanmış çelik levha Şekil 4. (a) Kontrol grubu. AEndüstride kullanılmakta olan bir boya ile boyanmış çelik levha. (b) Deney grubu: Süper su itici ile kaplanmış çelik levha