Günlük hayatta kullandığımız birçok eşya yapıştırıcılarla bir arada tutulsa da, modern yapıştırıcıların gelişmişliğine pek kafa yormayız; ta ki bir ayakkabı tabanı ayrılana ya da bir koltuk çökmeyene kadar.
Ancak mühendisler, yapıştırıcılar üzerinde yoğun bir şekilde çalışıyor ve önemli bir sorunla karşı karşıyalar: Yapıştırıcılar su altında pek iyi çalışmıyor. Bu durum, okyanus altyapısı, örneğin boru hatlarının bakımı gibi görevleri oldukça karmaşık hale getiriyor.
Bunun temel nedeni, su moleküllerinin yüzeyleri kaplayarak itici bir bariyer oluşturması. Ayrıca bu moleküller, yapıştırıcıları zamanla aşındırıp yıkayabiliyor.
Nature Communications'da yayınlanan yeni bir araştırmada, bilim insanları oldukça güçlü ve tekrar kullanılabilir, bilim kurgu filmlerini aratmayacak bir prensiple çalışan bir su altı yapıştırıcısı geliştirdi.
Bu yapıştırıcı, süpramoleküler iyonik sıvı olarak biliniyor ve solvent değişimi aracılı kendi kendine birleşme prensibiyle çalışıyor – oldukça karmaşık bir isim!
Süpramoleküler kimya, birçok molekülün bir araya gelerek karmaşık yapılar oluşturduğu 'molekül ötesi kimya' olarak da adlandırılıyor.
Bu ikinci kısım ise, bu yapıştırıcının suya maruz kaldığında atomlarının yeniden düzenlenerek su altındaki yüzeylere yapışmasını sağlıyor.
Araştırmacılar, esnek ve sert moleküler bileşenleri BP16TPB olarak adlandırılan bir süpramoleküler iyonik sıvı içinde birleştirdi.
Ardından, bu maddeyi güçlü bir çözücü olan dimetil sülfoksit (DMSO) ile karıştırdılar. DMSO, BP16TPB'yi iyi çözerek bazı moleküllerini hareketli, yüklü parçacıklara ayırıyor.
Suyun varlığında, bu ayrılan parçacıklar kendilerini yeniden organize ederek kararlı yeni bir yapı oluşturuyor.
Bu durum, yeniden birleşen parçacıkların hidrojen bağları oluşturması ve ayrıca kulağa lezzetli gelen bir bağ türü olan 'pi-pi istiflenmesi' ile sağlanıyor.
Aynı zamanda, sıvıların yüzey gerilimindeki değişikliklere nasıl tepki verdiğini belirleyen Marangoni etkisi de kullanılıyor. Bu etki, 'şarap gözyaşları' etkisine neden oluyor.
Bu ilginç şarap etkisi dışında, Marangoni etkisi yüzeyleri kaplama, yüzücü aktüatörler oluşturma ve insan saçından daha ince kanallardan sıvı geçirme gibi alanlarda da önemli rol oynuyor. Bu da gebelik testleri ve mürekkep püskürtmeli yazıcıları çalıştıran mikroakışkanlık alanını besliyor.
Önemli bir nokta da, araştırmacıların yeni yapıştırıcısının, su altındaki yüzeylerde oluşan ve genellikle yapışmaya karşı bir bariyer görevi gören su tabakasını iten güçlü hidrofobik özelliklere sahip olması.
Hidrofobiklik ve süpramoleküler yapının kovalent olmayan bağlarının bu sinerjik birleşimi, iddialara göre, akışkan bir öncülün yoğun, suya dayanıklı bir ağa dönüşümünü sağlayarak, yapıştırıcı öncesi maddeyi cıvıktan sağlam hale getiriyor.
Araştırmacılar, geliştirdikleri yapıştırıcıyı su altında seramik, epoksi ve plastik gibi çeşitli malzemelerin yüzeylerinde test etti.
Sadece 10 saniyelik su altı kürlenmesi sonrasında 1.1 milyon Pascal'lık yapışma gücü göstererek hızlı ve güçlü bir şekilde sertleştiği görüldü. Bu değer, geleneksel su altı yapıştırıcılarının gücünü önemli ölçüde aşıyor.
Ayrıca, uzun ömürlü olduğu da kanıtlandı: 3 yıldan fazla süren sürekli su altı daldırma süresince 2 kilogram ağırlığı desteklemeye devam etti.
Araştırmacılar, bu uzun süreli statik yük değerlendirmesinin, malzemenin çok yıllı ölçeklerde arayüzeydeki su bozunmasına ve yapısal sürünmeye karşı direncini vurgulayan kesin bir konsept kanıtı olduğunu belirtiyor.
Ayrıca, belirli bir noktaya kadar tekrar kullanılabilirliği de söz konusu. Su altı koşullarında çıkarılıp tekrar takıldığında, 8 döngü boyunca yapışkan özelliklerini güvenilir bir şekilde koruyabildiği gösterildi.
Bu yapıştırıcı, asidik, alkali veya tuzlu olsun, çeşitli elektrolit çözeltilerinde de çalışıyor. Ancak 70 derece Celsius'un üzerindeki sıcaklıklara karşı hassasiyet gösteriyor.
Araştırmacılar, bu çalışmanın sadece yüksek performanslı bir su altı yapıştırıcısı sunmakla kalmadığını, aynı zamanda küresel sonuçları olan çevreye duyarlı akıllı malzemelerin geliştirilmesi için bir strateji sunduğunu belirtiyor.
Bu araştırma, Nature Communications'da yayınlandı.
