- MIT’den bir araştırma ekibi, nanoparçacıkları birbirine bağlayan esnek moleküller geliştirdi
- Yöntem, katı ve yönü sabit bağlayıcılar yerine kendiliğinden şekillenen esnek bağlar kullanıyor
- Teknik, fotonik, kimyasal kataliz, tıp ve tarım alanlarında kullanılabilecek yeni kristal yapılar oluşturdu
Nanoparçacıklardan oluşan yeni nesil malzemeler geliştirmek için bir araştırma ekibi, parçacıkları birbirine bağlayan esnek konektör moleküller üzerinde çalıştı. Çalışma, bugün Nature Materials dergisinde yayımlandı. Araştırmaya göre nanoparçacıklar arasındaki bağların sayısı ve yönü, bağlayıcı moleküllerin çevrelerine göre kasıtlı olarak şekil değiştirmesiyle kontrol edilebiliyor. MIT’de Prof. Rob Macfarlane‘in yer aldığı ekip, bu yaklaşımın fotonik, kimyasal kataliz, tıp ve tarım gibi alanlarda kullanılabilecek yüksek performanslı malzemeler üretmek için daha esnek bir yol sunabileceğini belirtiyor.
FizikHaber notu: Nanoparçacıklar, boyutları metrenin milyarda biri düzeyinde ölçülen çok küçük yapı taşları olarak düşünülüyor. Bu yapı taşları bazen de atomlara benzetilebilir: atomların da bir araya gelerek kristalleri oluşturması gibi, nanoparçacıklar da doğru düzende birleştirildiğinde yeni özelliklere sahip malzemeler verebilir. Zorluk, parçacıkların birbirine nasıl ve hangi yönde bağlanacağını kontrol edebilmektir. Haberde anlatılan çalışmada bağlayıcı moleküller katı olmak yerine esnek tutuluyor; bu esneklik, parçacıkların hangi düzende bir araya geleceğini belirleyen etkenlerden biri olabilir.
Nanoparçacıklar, şekil ve boyutlarının yüksek derecede özelleştirilebilir olması nedeniyle enerji, tıp ve elektronik alanlarında umut vadetmişti. Ancak bu parçacıkları yararlı malzemelere dönüştürme süreci, her bir parçacık ile komşuları arasındaki bağların sayısını ve yönünü kontrol etmenin zorluğu nedeniyle sınırlı kalmıştı. Önceki yöntemler parçacık şeklini değiştirmeyi veya bağlayıcı zincirleri kesin açılarla hizalamayı denemiş, ancak bu yaklaşımlar oluşabilecek malzeme yapılarını kısıtlamış ve ölçeklendirmesi zor olmuştu.
Ekip Esnek Bağlayıcıları Nasıl Tasarladı?
Bir temel malzeme bilimi ilkesine göre bir malzemenin yapısı, işlevini belirliyor. Araştırmacılardan birinin ifadesiyle, yapı taşlarının ne olduğu ve nasıl düzenlendiği bilindiğinde malzemelerin hangi özelliklere sahip olacağı açıklanabiliyor ve bunu kontrol etmek yeni özelliklere sahip malzemeler üretmenin yolunu açıyor. Ekip, nanoparçacıkların yüzeyindeki bağlayıcı molekülleri (ligand) katı tutmak yerine tam tersini denedi: bağları, başlangıçta hangi yöne baktıkları önemli olmayacak kadar esnek hale getirdiler.
Geliştirilen sistemde nanoparçacıklar, uçlarında elektrik yükü taşıyan esnek ligandlara sahip. Bazı uçlar pozitif, bazıları negatif yüklü olduğundan zıt yükler birbirini çekiyor ve ligandlar zıt yüklerle bağlanmak için bükülüyor. Araştırmacılardan birine göre, karmaşık sentez yöntemleriyle bağların hangi yönde oluşacağını önceden tanımlamak yerine, bağların istedikleri kadar esnek olmasına izin verilip bağ kararlılığını en üst düzeye çıkaracak değerliğe kendiliğinden ulaşmaları sağlandı.
Yeni Kristal Yapılar Nasıl Elde Edildi?
Yapılan deneylerde ekip, nanoparçacık boyutlarını ve ligand zincir uzunluklarını değiştirerek bağlantıları kontrol edebildiklerini gösterdi. Bu teknik, nanoparçacıkların daha önce görülmemiş kristal yapılar halinde bir araya getirilmesi için de kullanıldı. Araştırmacılardan birinin belirttiğine göre, parçacıkların nerede bağlanacağı veya şekillerinin ne olacağı önceden tasarlanmadan, her parçacığın sahip olduğu bağ sayısı kontrol edilebiliyor; polimerin esneklik düzeyi, kaç bağ oluşacağını belirliyor ve bu da daha önce elde edilmemiş örgü yapılarının oluşturulmasına imkân tanıyor.
Araştırma ekibi, bu yaklaşımın nanoparçacık toplanması alanında uzun süredir geçerli olan bir varsayımı tersine çevirdiğini vurguluyor. Yirmi yıldır geçerli olan anlayışa göre bağlayıcı ligandların katı olması ve herhangi bir sapmanın toplanma sürecinin başarısız olmasına yol açması bekleniyordu. Ekip, tam tersine, esnekliğin en uç noktaya çıkarılmasının da aynı derecede iyi sonuç verdiğini gösterdi.
Araştırmacılardan birine göre sistem, özelleştirilmiş nanoparçacık bazlı malzemelerin araştırma laboratuvarından çıkıp gerçek dünyada kullanılmasına doğru bir adım olabilir. Yoğun paketlenmiş nanoparçacıkların uygulama alanlarını sınırladığı, buna karşılık daha az yoğun formasyonların ilgi çekici uygulamalara kapı araladığı belirtiliyor. Çalışma, ulusal bilim kurumları ve askeri araştırma birimlerinin desteğiyle yürütüldü.
Kaynak: news.mit.edu
