Jöle nedir? Bir tatlı olarak tanım vermenizi elbette istemiyoruz. Mesela saç jölesini düşünün. Jölenin yapısı sıvı mıdır yoksa katı mıdır? Sonucunda jölenin sıvı olmadığını biliyoruz ancak katı da diyemeyiz. Jölenin ne olduğu sorusu size anlamsız gelmesin. Sonucunda 1930’ların sonlarında Samuel S. Kistler’de aynı soruyu sormuştu.
Samuel Kistler sorusuna yanıt için bir dizi deney yapacaktı. Sonuçlarını 1931 yılında Bağdaşık Genleştirilmiş Aerojeller ve Jöleler ( Coherent Expanded Aerogels and ]ellies) başlığı ile yayınladı. Bu sayede de aerojel ile tanışmış olduk.
Aerojel Nedir?
Aerojel terimi iki kelimeden gelir. Air yani hava ve jel. Burada jel derken jölenin genel tanımını anlamanız gerekiyor. Her ne kadar ismi bir sıvıyı andırsa da bunun aksine bu malzeme katı ve kurudur. Jel, biri katı madde diğeri dispersiyon (dağılım) maddesi olmak üzere iki bileşenden oluşan bir karışımı tanımlar. Dispersiyon maddenin hava olması durumunda oluşan yapı aerojel (aerogel), su olması durumunda ise hidrojel (hydrogel) olarak tanımlanmaktadır.
Samuel Stephens Kistler yukarıda da aktardığımız gibi hem katı hem de sıvı olarak hareket eden ikili doğası nedeniyle jöleden büyülenmişti. Jölenin sıvı ve katı olma özelliğinin olmasının nedeni ikisinin karışımı olmasıdır. Gözenekli bir jelatin yapı, içindeki suyu tutarak sahte bir madde oluşturur.
Samuel, su içeriğini hava ile değiştirirse ne olacağını merak etti. Ancak bu durumun katı yapıda çatlaklara neden olduğunu fark etti. Bu nedenle katı yapıya zarar vermeden sıvıyı uzaklaştırmanın alternatif yollarını aradı. Sonucunda suyu alkolle değiştirme fikrini ortaya attı. Sonucunda da ilk Aerojel oluştu.
Aerojel’in Fiziksel Özellikleri Nelerdir?
Daha kısa dalga boyuna sahip ışık, gözeneklerin boyutuna daha yakın olduğu için daha fazla saçılır.
Mavi ışık, kırmızı ışıktan daha kısa dalgalara sahiptir, bu nedenle mavi, aerojele mavi rengini vererek daha fazla dağılır.
Silika aerojelin son derece tuhaf bir görünümü vardır. Yukarıdaki fotoğraftaki gibi siyah bir zemine konursa mavi görünecektir. Aslında bu mavi renk bir aldatmacadır. Nedeni gökyüzünün mavi görünmesi ile aynıdır.
Ama açık bir zemine koyarsanız neredeyse tamamen gözden kaybolur. Bu bakımdan görünmez sayılır, hatta saydamlığı daha az olmasına karşın normal camdan bile daha zor görülür. Işık camdan geçerken yolundan hafifçe sapar, yani ışık kırılması gerçekleşir.
Söz konusu sapmanın derecesi, camın kırılma indisi olarak bilinmektedir. Aerojelde ise malzeme daha hafif olduğundan, ışık yolundan neredeyse hiç sapmaz. Aynı nedenden ötürü, yüzeyinde yansımadan eser yoktur. Ayrıca düşük yoğunluğu yüzünden belirgin kenarları yoktur, hiç katı madde görünümü sergilemez.
Silika aerojel o kadar deliklidir ki genelde yüzde 99,8 havadan oluşur. Bu da onun dünyanın en hafif malzemesi olmasını sağlar. Ayrıca temelinde o kadar hafiftir ki aerojelden yapılmış 150 adet tuğla 4 kilo bile etmeyecektir. Bu nedeniyle bu malzeme bir çok yerde kullanım avantajı sağlar.
Aerojel Nerelerde, Ne Amaçla Kullanılmaktadır?
Aerojel’in fiziksel özellikleri onu üzerinde en çok çalışılan insan yapımı malzemelerden biri yapmıştır. Günümüzde Aerogel’i kozmetiklerde, boyalarda, dalış kıyafetlerinde vs. bulabilirsiniz. Ancak 1980’lerin başında, aerojeller o kadar pahalıydı ki yalnızca paranın dert edilmediği laboratuvarlarda bulunuyordu.
CERN böyle bir laboratuvardı ama çok geçmeden NASA geldi. Uzay araştırmasında ilk silika aerojel kullanımlarının amacı, aşırı sıcaklıklara karşı yalıtım sağlamaktı. Aerojellerin bu iş için biçilmiş kaftan olmasının tek nedeni dünyanın en iyi yalıtkanı olmaları değildir. Sonucunda Dünya’nın yerçekimli ortamından uzaya mekik fırlatırken ağırlığı azaltmak oldukça önemlidir.
Aerojel ilk kez 1997’de Mars Pathfınder misyonunda kullanıldı ve o zamandan beri uzay araçlarında bir yalıtkan olarak kullanılmaktadır. Ama NASA’daki bilim insanları zaman içinde malzemenin bir başka alanda daha kullanılabileceğini fark ettiler.
7 Şubat 1999’da Stardust uzay aracı uzaya yollandı. Bu uzay aracının hedefi kuyrukluyıldızlardan saçılan tozlara ek olarak derin uzayda yıldızlararası toz toplamaktı. Bu işi başarmak için dev bir tenis raketini andıran ama ipler arasında delik yerine aerojel bulunan bir alet geliştirmişlerdi.
Aerojel üzerine araştırmalar devam ederken, bilim insanları her zamankinden daha hafif varyasyonlar keşfettiler. İlk olarak, santimetreküp başına 4 miligram yoğunluğa sahip karbon nanotüp aerojel vardı. Ardından, santimetreküp başına 1 miligram ağırlığında olan silika aerojel geldi. Daha sonrasında da grafen aerojel, santimetreküp başına sadece 0,16 miligram ağırlığı ile hepsini geçti.
Günümüzde farklı malzemeyi seçerek aerojelin özelliklerini farklı kullanım alanlarına uydurmak mümkündür. Aerojel’in 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.
Neden Aeorojel’i Her Yerde Görmüyoruz?
Aerojel’in şaşırtıcı özelliklerini gördükten sonra bunun neden hayatımızın her alanında karşımıza çıkmadığını merak etmiş olmalısınız. Sonucunda son derece hafif ve yalıtım oranı yüksek tuğlalar ile yapılmış bir apartmanda oturuyor olmak, başta deprem olmak üzere bir çok endişemizi azaltırdı.
Bunun birden fazla nedeni var. Bunlardan ilki, aerojel’in üretimi konusunda sahip olduğumuz ilerlemelere rağmen üretiminin çok zor olmasıdır. Ayrıca sizin de tahmin ettiğiniz gibi üretimi oldukça maliyetli bir süreçtir. Bu maliyet de nihayetinde ortaya çıkan ürüne yansımaktadır.
Bu endüstrisinin karşılaştığı en büyük zorluklardan biri de, katının kırılgan doğasıdır. Hiç şüpheniz olmasın, malzeme güçlüdür ve ağırlığının kat kat fazlasını taşıyacaktır. Bununla birlikte, malzeme gerilim altında çok da başarılı değildir.
Aerojel’in üretim sürecini basitleştirmeye ve yapısal bütünlüğünü geliştirmeye yönelik ilerlemeler yaşanıyor. Bu sınırlamalar giderildiğinde, Aerojel daha fazla kişiye ve ürüne ulaşacaktır. Bu nedenle şimdilik Aerogel’i geleceğin yaygın olarak kullanılacak olan bir malzemesi biçiminde kabul edebiliriz.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- Aerogel: The Futuristic Material Hindered by Real World Limitations. Yayınlanma tarihi: 30 Temmuz 2019; Bağlantı: https://interestingengineering.com/
- Graphene aerogel is the new world’s lightest substance. Yayınlanma tarihi: 24 Mart 2013; Bağlantı: https://www.cnet.com/
Size Bir Mesajımız Var!
Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konular da ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak veya Patreon üzerinden ufak bir bağış yaparak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.
Matematiksel
