İpeğin Uzay Sıcaklığında Kalınlaştığı Keşfedildi

Uzay çalışmalarında kullanılması için ipeğin üzerinde yapılan çalışmalar devam ediyor. Araştırmacıların ipek üzerindeki ilk çalışmalarının ortaya çıkardığı veriler, diğer polimerlerin davranışı ile çelişiyordu. Zira -200 santigrat derecede polimer elyaflar kolayca kırılacak hale geliyordu.

İpek, bu düşük sıcaklıklarda kıralacak hale gelmekten öte kalınlaşmaya başlıyor. İpeğin bu özelliği, bu maddeyi soğuk uzay çalışmalarındaki uygulamalar için ideal hale getiriyor. 

İpek üzerinde disiplinlerarası çalışma yürüten ekip, -196°C’lik sıvı azotla soğutulan bir kaç hayvan ipeğinin davranışını ve işlevini incelediler. Çalışmayı yürüten ekip sadece ipek değil başka malzemelerin de düşük sıcaklıklardaki davranışını incelediler.

Materials Chemistry Frontiers dergisinde çalışmanın sonuçları ile ilgili bir makale, ekip tarafından yayınlandı. Yapılan çalışmada, birçok malzemenin kırılgan hale geldiği sıcaklıkta ipeğin tokluğunun nasıl arttığı gözlemlenebildi.

Gerçekten de ipek, çok düşük sıcaklıklarda daha gerilebilir hale gelmekle beraber kalitesini artırarak polimer biliminin temel anlayışına aykırı bir davranış gösterdi. İpeğin bu davranışı, ipek lifinin çekirdeğini oluşturan nano boyutlu fibrillere dayanıyor. 

Geleneksel polimer teorisine göre, fibriller soğudukça sertleşir. Çalışmanın yenilik ve önemi ise bu sertleşmenin fibriller arasındaki sürtünmeye neden olduğu sonucuna varmaktır. Bu sürtünme, enerji sapmasını artırırken aynı zamanda fibrillerin kaymasına da direnç gösterir.

Değişen sıcaklık, aynı zamanda her bir fibrilin çekirdek özelliklerini etkileyerek, her biri bin molekülden oluşan ipek protein molekülleri arasındaki çekiciliği modüle edecektir.

Araştırmada, hem mikron hem de nano ölçekli seviyelerde sertleştirme işlemi tanımlanıyor. Ekip, malzemenin yırtılmasına neden olan herhangi bir çatlağın, nano fibrile her çarptığında mücadele etmesi gereken birçok alanda daha fazla enerji kaybetmeye zorlandığı sonucuna vardı. Bu şekilde ipek lifi sadece, yüzlerce veya binlerce nano fibril ilk gerilip ve kaydıktan sonra hepsi ayrı ayrı koparsa kırılır. 

Bu çalışma sayesinde Dünya’nın kutup bölgelerinde kullanılan yeni malzemeler ve hafif uçaklar için yeni kompozitlere kadar birçok alanda ipeğin kullanılmasını sağlayacak sonuçlar elde edilmiş oldu. Belki de uzayda bulunan uzay çöpünü toplayacak robot örümceklerin ağları da bu sayede ipekten elde edilebilir. 

Oxford Üniversitesi Zooloji Bölümü’nden Profesör Fritz Vollrath, “Bu çalışmanın aşırı soğuk koşullarda yapılan uygulamalar için hem doğal hem de ipek esintili filamentleri kullanan hem yeni hem de sert filamentli filament ailelerinin tasarlanmasına ve üretilmesine öncülük edeceğini düşünüyoruz” dedi. 

Şanghay Fudan Üniversitesi Makromolekül Bilimi Bölümü'nden Prof Zhengzhong Shao, “İpek elyafının kriyojenik sıcaklıklarda olağanüstü mekanik tokluğunun, yüksek oranda hizalanmış ve yönlendirilmiş, nispeten bağımsız ve genişletilebilir nanofibriller morfolojisinden kaynaklandığı sonucuna vardık” dedi.

Araştırmanın sonraki adımlarında çok daha şaşırtıcı özellikler test edilecek. Kısmen bir AB H2020 hibesiyle finanse edilen Oxford Üniversitesi’nden bir şirket olan Spintex, örümcek ipliklerini araştırıyor ve örülmüş fibrillerin mikron altı yapılarını kopyalamaya odaklanıyor.

Kaynak: Webtekno