Düz nitinol tel sıcak suya daldırıldığında dalga şeklini alıyor.
Son yıllarda teknoloji alanında çığır açan gelişmelerin yaşanmasında malzeme bilimi önemli bir role sahip. Dışarıdan bir etkiyle özelliklerinde değişimler meydana gelen akıllı malzemeler ileri teknolojilerin geliştirilmesi konusunda bilim insanlarına yeni bakış açıları kazandırıyor. Işık, ısı ya da nem gibi bir dış etkiyle eğilen, kıvrılan, genişleyen ya da büzüşen akıllı malzemeler üzerine özellikle son on yıldır yoğun araştırmalar yapılıyor.
University of Birmingham
Farklı türde akıllı malzemeler bulunuyor. Bunlar arasında hayli ilginç bir özelliğe sahip malzeme türü var: hafızalı metaller. Hafızalı metaller ısı etkisiyle şekil değiştiren ancak tekrar ilk sıcaklıklarına ulaştıklarında başlangıçtaki şekillerine dönen yani ilk şekillerini hatırlayan malzemelerdir.
Maddenin katı, sıvı ve gaz halleri arasındaki geçişler hepimiz için hayli tanıdık. Hafızalı metallerde ise malzemenin yapısındaki bu değişim, hal değişimi olmaksızın madde katı haldeyken gerçekleşir. Bu durumun nedeni malzemenin kristal yapısındaki atomların konumlarının değişmesidir.
Örneğin ilk keşfedilen hafızalı metallerden bir Ni-Ti alaşımı olan nitinol, yüksek sıcaklıklarda hayli sert bir yapıdayken sıcaklığı düştükçe daha esnek bir hal alır. Bu durumun nedeni nitinolün kristal yapısındaki atomların konumlarının yüksek ve düşük sıcaklıkta birbirinden farklı olmasıdır. Düşük sıcaklıkta nitinol daha esnek bir yapıda olduğundan üzerine bir kuvvet uygulandığında şekli değişebilir. Daha sonra malzeme ısıtılırsa nitinolün kristal yapısındaki atomlar konum değiştirerek yüksek sıcaklıkta sahip oldukları konumlara geri dönerler. Bu durumda malzemenin şekli de başlangıçtaki halini alır.
Işık, ısı gibi bir dış etkiyle kendiliğinden şekil değiştirebilen malzemeler uzay araştırmalarında, robot teknolojilerinde ve sağlık alanında sıkça kullanılıyor. Örneğin hafızalı metaller tıkalı kalp damarlarının açılmasını sağlayan stentlerin üretiminde kullanılan malzemelerden biridir. Hafızalı metallerden üretilen boru şeklindeki stentler tıkalı damara yerleştirilir. Şekil değiştirdiği sıcaklık vücut sıcaklığına yakın olan hafızalı metallerden üretilen stentler, sıcaklıkları vücut ısısının etkisiyle arttığında, şekil değiştirip genişleyerek tıkalı damarın açılmasını sağlar.
Ancak hafızalı metaller bu özelliklerini genellikle işlem birçok kez tekrar edildiğinde kaybediyor. Yani uygulanan kuvvet etkisiyle şekli değişen malzeme tekrar tam olarak eski şekline dönemiyor. Bu durumun nedeninin, uygulanan kuvvetin malzemenin kristal yapısında yol açtığı molekül ölçeğindeki hasarlar olduğu düşünülüyor. Ancak bu malzemelerin kullanıldığı teknolojilerin yaygınlaşabilmesi için hafızalı metallerin defalarca şekil değiştirseler bile ilk şekillerine tam olarak dönebilmeleri gerekiyor. Sonuçları Mayıs ayında Science dergisinde yayımlanan araştırmada bilim insanlarının geliştirdiği nikel, titanyum ve bakırdan oluşan malzeme 10 milyondan fazla defa şekil değiştirmesine rağmen, kristal yapısında herhangi bir hasar meydana gelmiyor.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ile Singapur’daki Nanyang Teknoloji Üniversitesi’nden araştırmacılar sadece metallerin bu özelliğe sahip olmadığını gösterdi. Seramik kolayca kırılabilen bir malzeme olarak bilinir. Ancak geliştirilen yeni seramik malzeme hem esnek yapıda hem de hafızalı metaller gibi eğildikten sonra ısıtıldığında tekrar başlangıçtaki şekline dönebiliyor.
Son yıllarda üzerine yoğun araştırmalar yapılan teknolojilerden biri de kendiliğinden kurulan yapılar. Kendiliğinden kurulum farklı özellikteki birbirinden bağımsız parçaların kendiliğinden bir araya gelerek bir yapı oluşturması olarak tanımlanabilir. Kendiliğinden kurulum teknolojisinin özellikle ulaşılması zor noktalarda, kullanılacak teknolojinin montajının maliyetli ve zorlayıcı olduğu durumlarda önemli kolaylıklar sağlayacağı düşünülüyor.
Örneğin günümüzdeki teknolojiler kullanılarak uzaya fırlatılması mümkün olmayan çok büyük bir uzay aracının, parçalarının uzayda kendiliğinden bir araya gelerek yapıldığını hayal edin.
Bu nedenle bir dış uyarıcının etkisiyle kendiliğinden şekil değiştiren akıllı malzemelerin kendiliğinden kurulum teknolojisinin hayata geçmesinde önemli katkıları olabilir. Yani malzeme bilimi alanındaki gelişmeler bizlere şu an imkânsız gelen teknolojilerin gelecekte hayata geçmesini sağlayabilir.