Çin’in Zhejiang Üniversitesi’ndeki bilim insanları, tekstil endüstrisini değiştirebilecek devrim niteliğinde bir elyaf (fiber) ürettiler. Doçent Gao Weiwei ve Profesör Bai Hao liderliğindeki ekip, aerojelin sınırlamalarının üstesinden gelmek için doğadan ilham aldılar. Isı yalıtımıyla bilinen dünyanın en hafif katı malzemesinin sınırlamalarının üstesinden gelmek için kutup ayısından daha iyi ilham kaynağı olamazdı. Geleneksel aerojel, havacılık endüstrisinde yaygın olarak kullanılmasına rağmen, kırılganlığı ve işlenmesinin zor olması nedeniyle diğer alanlarda çok az kullanım alanı buldu. Bunları kumaş olarak örmek için gereken dayanıklılık ve esnekliğinini olmamasının yanı sıra, mevcut aerojel elyaflar makinede yıkanamıyor ve ıslak veya nemli ortamlarda ısı yalıtım özelliklerini hızla kaybediyor.
Pek çok hayvan, yıllarca aşırı soğuk ortamlarda yaşamaktan kendilerini sıcak ve kuru tutan özel kürklere sahip olacak şekilde evrimleşmiştir. Araştırma ekibi, performansı ve dayanıklılığı önemli ölçüde artıran, kutup ayısı kıllarına benzeyen çekirdek-kabuk yapısına sahip kapsüllenmiş bir aerojel elyaf (EAF) tasarladı.
Kutup ayıları, araştırmacılara ilham veren benzersiz bir çekirdek-kabuk yapısında kıllara sahip. Yoğun bir kabuğun içine yerleştirilmiş gözenekli çekirdek, aşırı soğuk ortamlarda kürkü sıcak ve kuru tutmak için gerekli olan dayanıklılık ve esnekliği korurken olağanüstü ısı yalıtımı sağlıyor. Bu yapıyı taklit eden ekip, katmanlı gözeneklere sahip güçlü bir polimerik aerojel elyaf geliştirdi ve bunu ince, gerilebilir bir kauçuk katmanla kapladı. Bu teknik, geleneksel silika aerojelin kırılganlığın üstesinden gelerek EAF’nin bükülmesine ve kıvrılmasına olanak tanıyor. South China Morning Post’a konuşan Profesör Bai, “Yüzde 90’ın üzerindeki iç gözenekli yapıya rağmen, elyafımız yüzde 1000’e kadar gerilebiliyor. Bu da yaklaşık yüzde 2 gerilmeye dayanıklı geleneksel aerojel liflerden önemli ölçüde daha iyi performans gösterdiği anlamına geliyor” dedi.
Kazaktan uzay elbisesine kadar geniş kullanım alanı potansiyeli var
EAF’nin pratik uygulamaları geniş kapsamlıdır. Araştırmacılar, geleneksel kuş tüyü ceketle karşılaştırılabilecek, ancak bunun yalnızca beşte biri kalınlığında ısı yalıtımlı bir kazak örerek EAF’nin uygulanabilirliğini gösterdi. -20 santigrat derecelik bir ortamda gerçekleştirilen bir deneyde, EAF malzemesi, yüzey sıcaklıklarını korumada kuş tüyü, yün ve pamuğu geride bırakarak üstün yalıtım özelliklerini ortaya koydu.
Üstelik aerojel elyafı yıkanabilir ve boyanabilir olduğundan tekstilde günlük kullanıma da uygun. Islak veya nemli ortamlarda ısı yalıtım özelliklerini kaybeden geleneksel silika aerojele göre önemli bir ilerleme sunuyor. Araştırmacılar, EAF’nin 10.000 germe döngüsünden sonra bile özelliklerini koruduğunu vurguluyor. Bu avantajları aerojel fiberin ısı yalıtımlı tekstillerin ötesinde çok işlevli kullanım potansiyeline sahip olduğunu işaret ediyor.
Sivil uygulamalarda kullanım için muazzam bir potansiyel olmasına rağmen, Suzhou Nanoteknoloji ve Nanobiyonik Enstitüsü’nden Profesör Zhang Xuetong, seri üretimdeki zorluklara dikkat çekti. Hızlı eğirme teknolojisinin nasıl geliştirileceği ve seri üretim için gerekli olan sürekli imalatın nasıl çözüleceği konusunda zorlukların olduğunu söyledi ve askeri üniformalar ve aşırı soğuk ortamlardaki uzay kıyafetleri gibi alanlarda potansiyel kullanımına dikkat çekti. Ekibin çalışması Science dergisinde yayınlandı.