Beyaz Olmayan Dalga
Japon sanatına bakışınızı değiştirecek bir şey: Hokusai’nin ünlü ahşap baskılarındaki parlak beyazlar aslında hiç de beyaz değil. Dalgaların köpüğü, Fuji Dağı’nın tepesindeki kar, ince bulutlar—tüm o parlak beyazlık, washi kağıdının dokusundan kaynaklanıyor. Işık, açıkta kalan kağıt lifleri arasında yansıyor, her yöne saçılıyor ve gözlerimiz bunu parlak, saf beyaz olarak algılıyor.
Pigment yok. Sadece fizik iş başında.
Bu olguya yapısal beyazlık deniyor ve insanlar bunu incelemeyi düşünmeden çok önce doğada göz önünde, saklanarak var olageldi. Deniz köpüğü, bulutlar, taze kar—hiçbirinde “beyaz madde” yok. Sadece görünür ışığı sonuna kadar saçacak doğru mikroskobik mimariye sahipler.
Ve şimdi bilim insanları, bu kadim hileyi modern malzemeler için nasıl kullanacaklarını çözdüler. Oldukça etkileyici, değil mi?
İki Sorun, Bir Akıllı Çözüm
Kyoto Üniversitesi Entegre Hücre-Malzeme Bilimleri Enstitüsü’nden Profesör Easan Sivaniah liderliğindeki, Tokyo Metropolitan Üniversitesi ve Donghua Üniversitesi’nden işbirlikçilerin yer aldığı uluslararası araştırma ekibi, malzeme dünyasında çözmek istedikleri iki büyük baş ağrısı vardı.
İlk sorun: Titanyum dioksit. Bu mineral her yerde karşımıza çıkıyor—beyaz ambalajlarda, filmlerde, kaplamalarda, hatta bazı gıdalarda (eskiden E171 katkı maddesi olarak etiketlenirdi). Ürünleri parlak ve opak hale getirir, bu da üreticiler için harikadır. Ancak sorun şu: Avrupa Birliği, güvenlik endişeleri nedeniyle titanyum dioksiti gıda katkı maddesi olarak yasakladı. Bu büyük bir gelişme, çünkü şirketlerin her yerde alternatifler aramak için telaşlandığı anlamına geliyor.
İkinci sorun: PFAS. Bunları “sonsuz kimyasallar” olarak duymuş olabilirsiniz. Bu florlu bileşikler, malzemelerin su ve yağı itmesine yardımcı olur; kulağa faydalı gelir—ta ki bu maddelerin çevrede sonsuza kadar kalıcı olduğunu ve sağlık sorunlarına yol açabileceğini hatırlayana kadar. Küresel olarak ikame ürünler bulma baskısı artıyor.
Araştırma ekibi şöyle düşündü: Ya bunların hiçbirine ihtiyacımız olmasaydı? Ya beyazlıklarını ve su iticiliklerini yalnızca fiziksel yapıdan alan malzemeler tasarlayabilseydik?
Doğa Bunu Zaten Çözmüştü
Araştırmacılar oldukça beklenmedik yerlerden ilham aldılar. Su itici “kendini temizleyen” yüzeyiyle ünlü lotus yaprağı mı? Bu kimyasal bir kaplama değil, bir doku meselesi. Bazı kurbağaların yumurtalarını korumak için inşa ettiği köpüksü yuvalar mı? Hava ve yapı, katkı maddesi gerekmez.
Strateji zarif: Malzemelere belirli bir şekilde davranmaları için madde eklemek yerine, bu davranışı baştan malzemenin fiziksel mimarisine yerleştirin.
Tokyo Metropolitan Üniversitesi’nden Doçent Dr. Taiki Yanagishima, “Biyomimetik bilimin karşılaştığı temel zorluklardan biri, doğadan ilham alan çevre dostu malzeme tasarımlarını mevcut malzemelerin ölçeğinde ve maliyetinde hayata geçirmektir” dedi.
Ve tam da bunu başardılar.
Süreç: Işık, Çözücü, Büyü
İşte eğlenceli kısım burada başlıyor. Geliştirdikleri tekniğe Derin Köpük Fotolitografisi (DFP) adı veriliyor ve güzelliği sadeliğinde yatıyor.
Önce, bir polimer filme ışık tutarsınız. Bu ışık, polimeri daha küçük parçalara ayırır. Ardından hafif bir çözücü uygularsınız; bu da parçaların şişmesine ve genişlemesine neden olur.
Malzeme genişledikçe, mikroskob