Isıtıldığında küçülen, basınç altında genişleyen metastabil malzeme enerji ve uzay teknolojilerinde devrim yaratabilir.
ABD’de Chicago Üniversitesi Pritzker Moleküler Mühendislik Fakültesi ile California Üniversitesi San Diego kampüsünden araştırmacıların ortak çalışması, fizik yasalarının temel taşlarından biri olan termodinamik kurallarına aykırı davranışlar sergileyen yeni bir madde sınıfının kapılarını araladı. Bilim insanlarının geliştirdiği bu sıra dışı malzeme, ısıtıldığında genleşmek yerine küçülüyor; buna karşın, yüksek basınç altında hacmini artırıyor. Bu tür davranışlar, klasik termodinamik ilkeler açısından büyük bir sürpriz olarak değerlendiriliyor.
Yeni keşfedilen bu yapılar, malzeme biliminde “metastabil fazlar” olarak adlandırılan ve kararlı olmayan ama belirli koşullarda uzun süre varlığını sürdürebilen özel bir durumu temsil ediyor. Araştırmacılar bu özel fazları kontrollü bir şekilde elde etmeyi başararak, termal ve mekanik tepkileri tersine çevirebilecekleri bir dizi deneysel veriyi doğruladı.
“Isıtıldıkça Büzülen Malzeme Geliştirdik”
Araştırmanın başyazarı, Chicago Üniversitesi’nden Prof. Dr. Shirley Meng, buluşun bilimsel arka planını şöyle açıklıyor:
“Genel olarak malzemeler ısıtıldığında atomlar daha fazla titreşir ve bu da hacmin artmasına yol açar. Ancak bizim geliştirdiğimiz bu yeni nesil yapı, ısıtıldığında atomik seviyede yeniden düzenlenerek hacmini küçültüyor. Bu davranış, redoks kimyası yoluyla hassas biçimde ayarlanabiliyor. Enerji teknolojileri açısından bakıldığında, bu durum pil teknolojilerinden termoelektrik sistemlere kadar çok sayıda uygulama potansiyeli barındırıyor.”
Isıl Genleşme Problemlerine Karşı Çözüm
Araştırma ekibinde yer alan San Diego California Üniversitesi’nden Dr. Minghao Zhang ise özellikle yapı malzemeleri ve mühendislik sistemlerinde bu malzemelerin devrim niteliğinde etkiler yaratabileceğini vurguluyor:
“Binalarda ya da hassas mekanik sistemlerde kullanılan malzemelerin ısıya bağlı genleşmesi zamanla çatlaklara, deformasyona ve yapısal bozulmalara yol açabilir. Bizim geliştirdiğimiz maddeler ise sıfır termal genleşme gösterecek şekilde tasarlanabilir. Bu da yüksek sıcaklık farklılıklarına maruz kalan ortamlarda güvenliği ve performansı artırabilir.”
Gelecek Perspektifi: Enerji ve Uzay Teknolojilerine Entegrasyon
Araştırmacılar şimdi yeni malzemenin kimyasal davranışlarını daha ayrıntılı analiz ederek, uygulama sahalarını genişletmeyi hedefliyor. Bu özel fazların enerji depolama sistemlerinden (örneğin lityum-iyon pillerde elektrot malzemesi olarak) uzay teknolojilerine, hatta hassas optik sistemlere kadar birçok alanda işlevselleştirilebileceği öngörülüyor.
Malzemenin henüz ticari uygulamaya dönüşmesine zaman olsa da, bu keşif maddenin temel davranışlarına dair anlayışımızı gözden geçirmemiz gerektiğine işaret ediyor. Bu yönüyle, yalnızca mühendislik değil, temel fizik açısından da çığır açıcı bir gelişme.
Kaynak:
- Shirley Meng, Minghao Zhang ve arkadaşları, University of Chicago Pritzker School of Molecular Engineering & University of California, San Diego.
- Araştırma, ilgili hakemli dergilerde yayımlanmak üzere değerlendirme sürecinde.
