Massachusetts Teknoloji Enstitüsü araştırmacıları, azot moleküllerinin bile içinden geçemeyeceği kadar geçirgen olmayan bir polimer film ürettiler. Bu film, güneş pilleri, gıda ambalajları ve altyapılar için korozyon korumasında devrim niteliğinde bir etki yaratma potansiyeli taşıyor.
Sadece nanometre kalınlığındaki bu hafif malzeme, gazları şimdiye kadar üretilmiş herhangi bir polimerden daha etkili bir şekilde engelliyor ve grafenin moleküler geçirgenliğiyle rekabet edebiliyor.
Yeni polimerin toplu olarak üretilebilmesi ve kolayca uygulanabilmesi, bir zamanlar grafenin ölçeklenebilirlik sorunları nedeniyle sınırlı olan geçirimsiz kaplamaların geniş ölçekte kullanılmasını sağlayabilir. 2DPA-1 olarak bilinen polimer, hidrojen bağları kullanarak sıkıca paketlenmiş moleküler tabakalara kendiliğinden birleşen iki boyutlu bir poliaramiddir.
GRAFEN GİBİ DAVRANIYOR
Araştırmaya liderlik eden MIT'den Profesör Michael Strano, polimerin "oldukça sıra dışı" olduğunu belirtti. Bir çözelti fazından üretilmesine rağmen, ürünün mükemmel bir kristal olduğu için gaz geçirmez olan grafen gibi davrandığını, ancak bu malzemeyi incelendiğinde mükemmel bir kristalle karıştırılmayacağını ifade etti.
Gazların karmaşık moleküler zincirler arasındaki boşluklardan sızmasına izin veren tipik polimerlerin aksine, 2DPA-1'in yapısı disk benzeri katmanları arasında boşluk bırakmıyor. Bu kompakt düzenleme en küçük gaz moleküllerinin bile sızmasını engelliyor.
BALONCUKLAR HALA ŞİŞKİN
Strano'nun laboratuvarı, malzemeyi ilk olarak 2022 yılında geliştirmiş ve bunun çelikten daha güçlü ancak altı kat daha hafif olduğunu göstermişti. Polimerden "kabarcıklar" oluşturduklarında, hapsolmuş gazın asla kaçmadığı görüldü. Araştırmacılardan Cody Ritt, 2021'de oluşturdukları kabarcıkların "hâlâ şişkin" olduğunu, bunun da malzemenin tipik, geçirgen bir polimerden bekleneni takip etmediğini gösterdiğini belirtti.
Ekip, uzun bir dizi kontrollü testin ardından 2DPA-1'in "moleküler olarak azota karşı geçirimsiz" olduğunu doğruladı. Polimerin ayrıca helyum, argon, oksijen ve metan gibi gazlara karşı da direnç göstererek diğer polimerlerden en az 10.000 kat daha iyi performans sergilediği ortaya çıktı.
GÜNEŞ PİLİNİN ÖMRÜNÜ UZATTI
Ekip ayrıca filmin koruyucu bir kaplama olarak potansiyelini de ortaya koydu. 60 nanometre kalınlığındaki bir katman, gelecek vaat eden bir güneş pili malzemesi olan perovskit kristalinin ömrünü günlerden üç haftaya uzattı. Daha kalın kaplamaların daha da uzun süreli koruma sağlayabileceği belirtildi.
Strano, bunun gibi geçirimsiz bir kaplama kullanarak köprüler, binalar, demiryolları gibi altyapıları ve dış etkenlere maruz kalan her şeyi korumanın mümkün olduğunu söyledi. Ayrıca otomotiv, uçak ve gemilerin yanı sıra gıda ve ilaçların raf ömrünün de bu malzemeyle uzatılabileceğini ekledi.
GRAFENDEN DAHA KULLANIŞLI
Grafen de benzer bir geçirimsizlik sağlasa da ölçeklenmesi oldukça zor. Strano, kristal grafeni yalnızca çok küçük parçalar halinde üretebildiklerini ve grafenin kendi kendine iyi yapışmadığını belirtti. 2DPA-1 ise hidrojen bağı sayesinde kolayca yapışarak daha büyük, daha kararlı kaplamaların elde edilmesine olanak tanıyor.
Araştırmacılar ayrıca, 2DPA-1'i kullanarak iletişim cihazlarını küçültebilen mikroskobik titreşimli bir tambur (nanometre ölçeğinde rezonatör) inşa ettiler. Strano, bu makalede grafen gibi geçirgen olmayan ve oldukça güçlü olan bu malzemeyle ilk polimer 2D rezonatörü yaptıklarını belirtti. Bu tür rezonatörlerin daha küçük, enerji tasarruflu telefonların üretilmesine ve hassas moleküler sensörler olarak kullanılmasına yol açabileceği ifade edildi.
