Katalog

www.iku.edu.tr BİLİM KÜLTÜR VE EĞİTİM Donmuş Duman: Aerojel Kerem Deveci (İnşaat Müh. Lisans Öğrencisi), Doç. Dr. Nihal Sarıer İstanbul Kültür Üniversitesi Ç ağımız nanoteknoloji çağıdır, yakın gelecekte nanoteknoloji ile üretilmiş cihazlar, malzemeler ve sağlık ürünleri hayatımızın gündelik bir parçası olacaktır. Bu yolda şimdiden büyük adımlar atılmıştır. Teknolojinin hızla gelişmesi yeni ihtiyaçlar doğurmaktadır. Daha hafif, daha dayanıklı,daha sağlıklı ve daha yalıtkan tek bir malzeme ile neredeyse her sektörde kullanım alanı olan bir malzeme üretmek mümkün müdür? Bu sorunun cevabı aerojellerdir. Aerojeller, ilk kez 1931 yılında kimyager Steven Kistler (19001975) tarafından üretildi. Geçen seksen dört yıllık süreçte, teknolojinin ilerlemesi ve mevcut materyallerin teknolojik gereksinimlere cevap vermekte zorlanmasına paralel olarak aerojeller giderek teknolojik uygulamalardaki yerini almaktadır. İlk aşamada silika (SiO2) esaslı aerojeller üretilse de, günümüzde metal oksitlerden, organik polimerlere, karbondan karbon nanotüplere kadar çok çeşitli kimyasal maddeden aerojel üretilebilmektedir. Aerojeller hafiflik, süper ısı yalıtımı, süper ses yalıtımı, ışık geçirgenliği gibi olağanüstü özellikleri ile birçok sektörde kendilerine geniş bir uygulama alanı bulmaktadır. Aerojellerin başlıca kullanım alanları: i)UçakUzay Sanayi, ii) İnşaat ve yalıtım ve iii) Askeri Gereçler olarak öne çıkmaktadır. 2020 yılına gelindiğinde dünya genelinde aerojel pazar payının yılda 1.9 milyon ABD doları değerine ulaşacağı tahmin edilmektedir. Aerojeller, nanometrik büyüklükte gözenekli bir yapıya sahip olan, bu gözeneklerde %99.98 miktarında hava bulunduran, yoğunluğu 0.00110.5 gram.cm3 aralığında değişebilen, dünyada şimdiye kadar üretilmiş en hafif malzemelerdir. Örneğin, bir başka silika esaslı madde olan ve kumdan üretilen cam ile kıyaslandığında aerojeller 1000 kat daha az yoğunluğa sahiptir. Aerojeller, gözenek büyüklüğü ve dağılımına, hava miktarına bağlı olarak saydam (transparan), yarı saydam (translusent) olabilir. Görünür ışı Şekil 1. Mavi renkli yarı saydam bir aerojel görüntüsü ğın saçılması (Rayleigh saçılımı) nedeniyle çeşitli renklerde görünürler, örneğin silika esaslı olanlar mavi renktedir (bkz. Şekil 1). Termal iletkenlikleri (0.016 W.m1.K1) gibi inanılmaz derecede düşüktür. 1300 o C’a kadar sıcaklığa dayanabilmekte ve ısıyı yalıtabilmektedirler (bkz Şekil 2). Su sevme açısından hidrofil ve hatta higroskopiktir, dokunma durumunda kuru bir his bırakırlar. Çeşitli işlemlerle de hidrofobik haline getirilebilmektedirler. Ayrıca aerojeller doğa dostu malzemelerdir, hammaddeleri kum olduğundan doğaya mektedir (bkz Şekil 3). Silika aerojeller çok büyük ağırlıkları taşıyabilmektedir, ancak olumsuz bir özellikleri kırılgan malzemeler olmalarıdır (bkz Şekil 4). Yeni bir aerojel çeşidi olarak Zhejiang Üniversitesi’nden Profesör Gao Chao ve arkadaşları (Çin) grafen aerojel üretmiştir. Yeni üretilen grafen aerojelin yoğunluğu 0.16 miligram.cm3 olarak ölçülmüştür. Havanın yoğunluğu olan 1.2 miligram.cm3 değeri ile karşılaştırıldığında yeni grafen aerojellerin havadan 7.5 kat daha hafif olduğu görülmektedir(bkz Şekil 5 ve 6). Grafen aerojeller en hafif aerojel grubunu oluşturur, üstelik oldukça esnek ve sünektir. Boyutlarının %20’sı kadar uzayabilir, istenirse tamamen saydam olarak üretilebilir ve elektriği bakırdan daha iyi iletebilir. Ayrıca grafen aerojel kendi ağırlığının 900 katı kadar yağ ve su soğurabilmektedir, bu sayede denizlerde ve karada tanker kazalarında dökülen tüm petrol veya yakıt temizlenebilecek, aerojel ile petrol daha sonra birbirlerinden ayrılarak geri Şekil 4. 2.5 kilogramlık bir tuğlayı taşıyan, kütlesi 2 gram olan aerojel parçası Şekil 5. Bir buğday sapının tüyleri üzerinde duran grafen aerojel görüntüsü Şekil 2. Oksijen kaynağına Şekil 3. Aerojel çatı uygulaması yapılmış iki bina örneği, gün tutulmuş aerojel üstündeki ışığından yaralanırken mükemmel bir ısı yalıtımı sağlanmakta bir çiçek, sıcaklık 700 °C zarar vermezler. Isıl iletkenliklerinin olağanüstü düşük olması aerojelleri, bina yalıtımı için umut vadeden malzemeler haline getirmiştir. Böylece binaların ısıtılması ve soğutulması için gereken enerji gereksinimi minimuma inecek, enerji israfının önüne geçilmiş olacaktır. Bu nedenle, aerojellerin gelecekte temiz ve enerji tasarrufu yüksek “Yeşil Şekil 6. Karbon elementinin yeni bir allotropu olan Grafen, karbon Binaların” temel taşı atomlarının altılı halkalar oluşturduğu iki boyutlu düzlemsel bir olacakları tahmin edil yapıya sahiptir. kazanılabile cektir. Aerojel yalıtım malzemelerinin uzay projelerinden, uçaklara, bina ve giysi yalıtımına kadar farklı alanlarda kullanımı giderek yaygınlaşŞekil 7. Astar içine aerojel maktadır. Bu bir destek yerleştirilmiş gün mekanik ilk spor ceket 1999’da olarak güçlü üretilmiştir. aerojellerin, sensor ve enerji üretimi için yeni aerojel kompozitlerin geliştirilmesi ve aerojellerin hidrojen depolama ortamı olarak kullanılmasına yönelik önemli çalışmalar devam etmektedir. Akıllıca tasarlanmış yarı iletken aerojellerin kullanımı ile hidrojen üretilmesi bugün sahip olduğumuz enerji ve yakıt tanımını kökten değiştirebilir. 1http://www.jpl.nasa.gov/news/news. php?feature=490 2 http://www.lbl.gov/ScienceArticles/Archive/aerogelinsulation.html 3 R.Baetens, B.P. Jelle, A.Gustavsen (2011), Aerogel insulation for building applications: A stateoftheart review, Energy and Buildings, 43(4): 761769, 4 H.Sun, Z. Xu, C. Gao (2013), Multifunctional, UltraFlyweight, Synergistically Assembled Carbon Aerogels, Advanced materials, 25: 2554–2560 Kaynaklar: İSTANBUL KÜLTÜR ÜNİVERSİTESİ Karma Öğrenci Sergisi Açılış: 5 Haziran 2015 Saat: 15.00 ATAKÖY YERLEŞKESİ www.iku.edu.tr / www.ikusag.com