Konya Bilim Merkezi BilimUp

Dünyanın En Hafif Katısı: Aerojel

Zeynep Deresoy
5 dk
1585

Yumuşak bir madde olan jöle katı mı yoksa sıvı mıdır? 1930 yılında hem kimya mühendisi hem de akademisyen olan Samuel S. Kistler da bu soruyu sormuş ve anlamak için araştırmaya koyulmuştur. Kistler jölenin yapısını incelemek için çıktığı bu bilimsel yolculukta “en hafif katı” olarak kabul edilen aerojeli bulmuş ve 1931 senesinde araştırmalarını “Bağdaşık Genleştirilmiş Aerojeller ve Jöleler (Coherent Ex­panded Aerogels and ]ellies)” adlı makalesinde yayımlamıştır.  Bu sayede de keşfini tüm bilim camiasına duyurmuştur.


Aerojel Nedir?

Aerojel, hava anlamına gelen “air” ve jel kelimelerinin birleşmesiyle oluşmuş bir kelimedir. İsminden de anlaşılabileceği gibi içi hava ile dolu bir jeldir. Samuel Stephens Kistler, jölenin katı mı yoksa sıvı mı olduğunu araştırırken jölenin hem katı hem de sıvı özelliği gösterdiğini fark etmiştir. Araştırmalarının devamında jölenin böyle davranmasının sebebinin katı ve sıvı maddelerin karışımından oluşması olduğunu gözlemler. Ardından şu soruyu sorar:
"Jölenin içindeki katı yapıya zarar vermeden sıvı maddelerin yerini gaz ile doldursam ne olur?"

Bunu denediğinde ise yoğunluğu havadan bile az olan aerojel ile karşılaşır. Katı bir malzeme olarak bilinen aerojel, fiziksel olarak geniş bir yüzey alanına ve çok gözenekli bir yapıya sahiptir. Aslında katı olmasına rağmen üretimi sırasında içindeki sıvıların havayla yer değiştirmesinden dolayı %99’u nano hava parçacıklarından oluşur.


Aerojel Nasıl Üretilir?

Aerojel üretiminin temel aşamaları: hammaddenin jel haline getirilmesi, jel halindeki maddenin içine gaz eklenerek bağ sayısının arttırılıp olgunlaştırılması ve bağ düzeninin devamını sağlayıp içindeki sıvıyı tamamen uzaklaştırmak için kurutulması aşamalarından meydana gelmektedir.

Aerojelin kimyasal yapısı, keşfedildikten sonra farklı yöntemlerle farklı çeşitleri üretilmeye başlanmıştır. Yapılması planlanan aerojel türünü başlangıç hammaddesi belirler. Bugüne kadar birçok çeşit aerojel üretilmiştir. Buna örnek olarak; tek bileşenli aerojeller, oksit aerojeller, silika aerojeller, reçine bazlı organik aerojeller, selüloz bazlı organik aerojeller, karbon aerojeller, kalkojenit aerojeller, karbür aerojeller, çoklu bileşimli aerojeller, gradyan aerojeller ve mikro/nano-aerojeller gösterilebilir.


Aerojelleri ilk tanımlayan Kistler, sıvı maddenin hava ile yer değiştirmesi sürecinden meydana gelen katı malzemeler olarak belirtmiştir. İlk aerojel çalışması silika esaslı aerojellerdir. Kistler, aerojel üretimi kapsamında oluşturduğu jelleri önceden atmosferik şartlarda kuruturken, sonrasında geliştirdiği süperkritik kurutma tekniği ile jellerin kurutma işlemini yapmıştır. Bu tekniği kullanmasıyla jelde kurutma esnasında oluşan buharların çıkışındaki olumsuz etkileri ortadan kaldırmıştır.

Aerojeli ilk defa keşfeden bilim insanı Samuel S. Kistler

Jellerin kurutma yöntemine bağlı olarak aerojel tozlarının özellikleri değişmektedir. Süperkritik kurutma sonucunda oluşan katı aerojellerdeki gözenek boyutu, jel yapısında olduğu gibi açık hava kabarcıkları bulundurmaktadır. Bu çalışmaların ardından Kistler, üniversitedeki görevinden ayrılıp özel bir şirkete geçmiştir ve burada aerojel üretime devam ederek 1940 senesinde ticari satışını yapmaya başlamıştır. Ürettiği aerojelleri diş macunu ve kozmetik endüstrisinin içinde ilave madde olarak kullanılmıştır. 1990 yılında da karbon aerojeller sentezlenmeye başlamış ve elde edilen aerojellerin kimyasal ve fiziksel özelliklerinin daha iyi olmasıyla beraber kullanım yeri açısından önemi artmıştır. 2011 yılında ABD’de yapılan çalışmada sentezlenen nikel aerojel son zamanın en hafif malzemesidir.
Ülkemizde de bor atıklarından aerojel üretimi gerçekleşmektedir. Dünya’daki bor rezervinin yaklaşık %75’inin Türkiye’de bulunduğu bilinmektedir. Borun elde edilmesi ve işlenmesi sırasında yılda 600.000 ton atık oluşmaktadır. Oluşan bu atıkları uygun biçimde değerlendirilirse ülke bütçesine olumlu katkı yapabileceği düşünülmektedir. Bu atıkların bir kısmı borun yeniden elde edilmesinde kullanılırken bir kısmı da jel haline getirilerek aerojel yapımında kullanılır.


Aerojel Hangi Alanlarda Kullanılır?

Aerojeller, büyük oranda hava gözenekleri içerdiği için elektrik, ısı ve ses konusunda çok yalıtkan bir maddedir. Ayrıca bunların yanında bir de çok hafif olması büyük bir avantajdır.  Bu yüzden Nasa, aerojeli ilk kez 1997’de Mars Pathfinder misyonunda kullanmıştır  ve o zamandan beri uzay araçlarında bir yalıtkan olarak kullanılmaktadır. Aerojeller bu özellikleri sayesinde endüstriyel alanlarda yalıtkan malzeme olarak, havacılık ve uzay sanayisinde, optik kullanım uygulamalarında, petrol ve türevi boru üretiminde, yapı ve inşaat sektöründe yalıtım malzemesi olarak birçok alanda kullanılmaktadır. Aerojelin modern uygulamalarından biri, onu binalar için bir yalıtım malzemesi olarak kullanmaktır. Aerojel pencereler, aerojeli iki cam levha arasına sıkıştıran yeni bir teknolojidir. Üç katmanlı cam pencerelere göre daha hafiftirler ve çok daha iyi yalıtım özelliklerine sahiptirler.

Aerojelin ününün artmasıyla beraber, 1985’te Almanya'nın Würzburg şehrinde ilk uluslararası aerojel sempozyumu gerçekleştirilmiştir ve o zamandan beri 3 yıl ara ile düzenlenmeye devam etmektedir. Bu sempozyumda aerojellerin fiziksel özellikleri, sentezi, kullanım alanları hakkında çalışmalar yapan bir çok bilim insanı bir araya gelir.

Kaynakça
  1. Minnivaleev, T. N., Arslanov, I. G., & Yagafarova, K. N. (2018, November). Graphene aerogel is modern and promising material. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 194, No. 4, p. 042014). IOP Publishing.
  2. Gürsoy, M. (2019). Bor atıklarının Aerojel üretiminde değerlendirilmesi (Doctoral dissertation, Sakarya Universitesi (Turkey)).
  3. Du, A., Zhou, B., Zhang, Z., & Shen, J. (2013). A special material or a new state of matter: a review and reconsideration of the aerogel. Materials, 6(3), 941-968.


Benzer Makaleler
Çikolata Nasıl Beyaz Olur? Beyaz Çikolata Nasıl Yapılır?
Gazlı İçecek Neden Baloncuk Çıkarır?
Sabun Nedir, Elleri Nasıl Temizler?
Pişen Et Neden Renk Değiştirir? Lezzetin Reaksiyonu : Maillard
Günlük Hayatta Kullandığımız Polimerler Nelerdir?
Havanın Ağırlığı Var Mıdır?
Pastörizasyon Gıdanın Bozulmasını Nasıl Engeller?
Grafen Yüzyılın En Büyük Keşfi Olabilir Mi?
Termoslar İçindeki Sıvının Sıcak veya Soğuk Olduğunu Nasıl Biliyor?
Kabartma Tozu Nasıl Çalışır?
ANASAYFA
RASTGELE
KATEGORİLER
POPÜLER
EN YENİLER