Kobe Üniversitesi araştırmacıları, silika kabuklu silisyum nano küreler kullanarak 3D yüzeylerde solmayan, açıdan bağımsız ve parlak bir yapısal renk kaplaması geliştirdi.
Geleneksel boya ve kaplamalarda kullanılan pigment katmanları, güneş ışığına maruz kaldıkça zamanla soluyor ve yüzeylere ciddi bir ek ağırlık bindiriyor. Tavus kuşu tüylerinde görülen yapısal renkler ise solmaya karşı dirençli olmasına rağmen bugüne kadar bakış açısına göre renk değiştirmesi, hassas hizalama gerektirmesi ve koruyucu katmanlarla örtülememesi nedeniyle pratik kullanıma giremiyordu. Kobe Üniversitesi malzeme mühendisi Hiroshi Sugimoto ve ekibi, bu kısıtlamaları aşan yeni bir kaplama mimarisi geliştirdi. Small Structures dergisinde yayımlanan çalışmada araştırmacılar, silika kabuklarıyla korunan silisyum nano küreler kullanarak üç boyutlu nesneler üzerinde solmayan, bakış açısından bağımsız ve parlak renk elde etmeyi başardı.
Hiroshi Sugimoto daha önceki çalışmalarında silisyum nano kürelerle açıdan bağımsız yapısal renk oluşturmayı başarmış ve bu yöntemi mürekkep püskürtmeli baskı sistemlerine uyarlamıştı. Ancak ilk aşamadaki yansımalar dağınık olduğu için yüzeyler mat kalıyor ve istenen ışıltıyı veremiyordu. Araştırma grubu, silisyum nano küreleri mikroskobik silika kabukları içine yerleştirerek bu sorunu çözdü. Silika kabuklar yalnızca parçacıkları korumakla kalmıyor, aralarındaki mesafeyi düzenleyerek parçacıkların düzgün dizilimler halinde kendiliğinden birleşmesini sağlıyor. Dağınık yansımayı azaltarak renge parlaklık kazandıran bu yöntemde, yüzeye ek bir koruyucu katman uygulandığında dahi renk tonunda belirgin bir bozulma yaşanmıyor.
Geliştirilen kaplama, tek bir silisyum nano küre katmanıyla yüksek opaklık ve parlaklık sunduğu için son derece hafif bir yapı sergiliyor. Geniş gövdeli yolcu uçaklarına uygulanan geleneksel boyalar gövdeye yüzlerce kilogramlık ağırlık eklerken, silisyum nano küre tabanlı kaplama bu yükü tek bir süt kutusundan daha hafif bir seviyeye, yani birkaç yüz grama kadar düşürebiliyor. Malzemenin üretiminde toksik olmayan ve yarı iletken endüstrisinden temin edilebilen silisyum ile yer kabuğunda en bol bulunan bileşiklerden biri olan silika kullanılıyor. Zaman içinde solmayan bu yapı, uzun vadede endüstriyel kaplama süreçlerinde hammadde tüketimini de azaltma imkanı tanıyor.
Laboratuvar ortamında elde edilen sonuçların ardından Hiroshi Sugimoto, teknolojiyi sanayi ölçeğinde üretime hazırlamak amacıyla bir şirket kuruluş sürecinde yer alıyor. Geliştirilen yöntemin püskürtmeli kaplama, yarık kalıplı kaplama ve rulodan ruloya işleme gibi geniş ölçekli endüstriyel üretim teknikleriyle uyumlu olduğu açıklandı. Araştırma ekibi, bir sonraki aşamada silisyum nano parçacık kaplamalarını yalnızca renklendirmeyle sınırlı tutmayıp algılama, fotokataliz ve enerji yönetimi gibi ek optik işlevlerle birleştiren çok işlevli yüzeyler geliştirmeyi hedefliyor.
Neden önemli?Yolcu uçaklarının boya ağırlığını yüzlerce kilogramdan birkaç yüz grama indirme potansiyeli taşıyan teknoloji, solmayan yapısı ve bol bulunan hammaddeleriyle sanayide kaplama maliyetlerini ve yakıt tüketimini düşürebilir.
Şu ana kadar bildiklerimiz
- Kobe Üniversitesinden Hiroshi Sugimoto ve ekibi, silika kabuklu silisyum nano kürelerle 3D yüzeylere parlak ve koruyucu katmanla uyumlu yapısal renk kaplaması uyguladı.
- Tek bir nano küre katmanıyla çalışan sistem, geniş gövdeli yolcu uçaklarındaki yüzlerce kilogramlık boya ağırlığını birkaç yüz grama düşürebiliyor.
- Kaplamada kullanılan toksik olmayan silisyum yarı iletken sektöründen, silika ise yer kabuğundan bol miktarda temin edilebiliyor.
Cevabı beklenen sorular
- Kurulacak şirketin endüstriyel ölçekteki üretim tesisleri ve ticari kaplama hatları ne zaman faaliyete geçecek?
- Geliştirilen silisyum nano parçacık kaplamasının algılama, fotokataliz ve enerji yönetimi alanlarındaki ek optik işlevleri hangi somut ürünlerde test edilecek?
