Sıfırın Altındaki Sıcaklıklarda Isı Depolayabilen Yeni Malzeme
Fotoğraf : -30°C’ye kadar düşük sıcaklıklarda ısıyı depolayabilen ve serbest bırakabilen yeni bileşik, ışıkla değiştirilebilen Arylazopyrazoles’e, dodekanoat grubunun eklenmesi sonucu meydana gelir. Kaynak: J. Am. Chem. Soc.
Yüksek korumalı giysilerde ısıtma tabanı olarak ve elektroniklerde meydana gelebilecek sıcaklık değişimlerini engellemek için eriyip katılaşırken ısıyı emen ve serbest bırakan malzemeler kullanılır. Mumlar veya yağ asitleri gibi faz değişim malzemeleri, donma sıcaklıklarında sıvı kalamazlar. Ayrıca depoladıkları ısıyı talep üzerine serbest bırakamazlar.
Araştırmacılar, 0°C’nin altında ısıyı depolayabilen ve bir ışıkla tetiklendiğinde ısıyı boşaltabilen bir faz değişim malzemesi tasarladılar (DOI: 10.1021).
Yeni malzemenin sıfırın altındaki sıcaklıklarda ısıyı depolayabilmesi su kazanlarında, motor yağlarında ve makine parçalarında meydana gelen buzlanmaları çözebilecek bir ortam oluşmasını sağlar. Araştırmayı yöneten Brandeis Üniversitesi’nden kimyager Grace G. D. Han, ” Amacımız donmuş suyu ve yağı aşırı soğuk zamanlarda kullanılabilecek sıcaklıklara kadar ısıtmak.” dedi.
Han, Matthew J. Fuchter ve meslektaşları, ısı depolayabilen Arylazopyrazoles bileşikleri ile araştırmalarını geliştirmeye başladı. Bu moleküllerin E izomerleri oda sıcaklığında, katı-sıvı arasında bir faz geçişine maruz kalırken moleküllerin Z izomerleri daha kararlı bir sıvı oluşturur. Araştırmacılar, Arylazopyrazoles’lerin sıvı Z durumdayken oda sıcaklığında birkaç gün boyunca ısıyı depolayabildiğini gösterdi. Daha sonra ise E durumuna geri dönebilmek için optik olarak tetiklenebildiğini bu durum sonucunda da bileşiklerin katı halde kristalleşip depolanan ısıyı serbest bırakma işlemini gerçekleştirdiği gözlemlendi. Buradaki sorun Z izomerlerinin oda sıcaklığının altında kristalleşmeye başlayıp ısıyı sıvı fazdayken güvenli bir şekilde depolayamamasıdır.
Han ve ekip arkadaşları, bu sebeple geçişin sıcaklık aralığını değiştirmeye çalıştı. Bir dodekanoat grubunu dört farklı bileşiğin pirazol halkalarına eklediler. İşlemler sonucu geliştirilen yeni malzemeler gizli erime ısısı depolar ve E izomerleri 60 ila 90°C arasında erir. Daha sonra ultraviyole ışık sayesinde bu ısı deposu 30°C’ye kadar düşük sıcaklıklarda Z izomerlerine dönüştürülerek 2 hafta boyunca sıvı fazda kalabilirler.
Han, ekibiyle geliştirdikleri malzemelerin binlerce kez faz değişim döngüsüne dayanabileceğini söylüyor. Ayrıca Han, UV ışığın malzemelerin derinliklerine işlemediği için bu durumun bir takım zorluklar meydana getirebileceğini söylüyor.
Ekip araştırmayı birkaç yüz miligram malzeme ile denedi, ancak günlük hayatta çok daha fazla malzeme kullanılması gerekiyor.
Kopenhag Üniversitesi’nden kimyager Mogens Brøndsted Nielsen, çalışmayı çok başarılı bulduğunu belirtip “Sıvı maddeleri 0°C’nin altında tutmak için akıllı moleküler mühendislik sistemi” olarak değerlendiriyor. Ayrıca ısıyı 2 haftadan daha fazla depolamayı oldukça uzun bulsa da bu sürenin daha da genişletilebileceğini vurguluyor.
Kaynak: acs.org