Bulunduğu ortam şartlarına uyum sağlama konusunda usta olan şekil hafızalı polimerleri daha yakından tanıyalım…
1980’li yıllardan itibaren ŞHP’ler birtakım araştırmalar ve uygulama alanlarıyla hayatımızda var olan bir malzemedir. Şekil hafızalı polimerler (ŞHP), dış etkenler ile şekil, renk gibi makroskobik özelliklerini değiştirebilen ve dış etkenler ortadan kalktığında eski haline dönebilen akıllı polimerlerdir. Peki dış etkenler nelerdir? Isı, ışık, manyetik alan, elektriksel alan, pH gibi faktörleri dış etken olarak kabul edebiliriz.
Şekil hafıza etkisinin (ŞHE) elde edilmesi için, iki şartın yerine getiriliyor olması gerekir.
- Polimerin stabil ve kararlı bir yapısının olması. (Polimerin orijinal şeklini belirleyen faktörlerden birisidir)
- Polimerin dış etkenler tarafından uyarıldığında şeklinin değişebilmesi ve etki kaldırıldığında ise eski şekline dönebiliyor olması.
Şekil hafızalı polimerler denilince akla gelen ilk şeylerden biri hafif ve ucuz olmalarıdır. ŞHP’lerin şekil hafızalı alaşımlara ve şekil hafızalı seramiklere kıyasla düşük yoğunluğu, kolay üretimi ve kolayca uyarlanabilen camsı geçiş sıcaklığı göze çarpan etkenlerdir. İyi güzelde hiç mi eksik bir tarafı yok bu malzemenin? Tabi ki var: ŞHP’lerde uzama ve şekil hafızası oldukça iyi iken gerilim ve yük hafızası düşüktür. Tabi ki burada kompozitler devreye girer ve şekil hafızalı polimer kompozitler (ŞHPK) üretilir. Böylelikle malzemeye yüksek tokluk ve yüksek darbe dayanımı gibi özellikler kazandırılır.
Şekil Hafızalı Polimerlerin Uygulama Alanları
Günümüzde ŞHP’lerin uygulama alanı çok geniş bir yelpazeyi temsil eder. Ambalaj, elektronik, tekstil, biyomedikal ve uzay uygulamaları gibi liste uzar da gider. Örneğin; ŞHP lifler ameliyatlarda akıllı dikiş iplikleri olarak kullanılabilir. Bu malzemeler kendi kendini düğümlemesi ve sıkıştırma özelliğinden dolayı tercih edilmektedir. Sıcaklık etkisiyle şekil değiştirebilen ŞHP kullanarak üretilen akıllı kumaşlar düşük ve yüksek sıcaklıklarda farklı hava, nem geçirgenliğine sahip olabilmekte ve bu sayede şekil hafızalı polimerlerin de sloganı olan ortama adapte olabilen kıyafetler üretilebilmektedir.
Kullanım Alanları
Mekanik sistemler
ŞHP’lerin diğer bir uygulama alanı da ambalaj folyolar, tüpler ve kablolardır. Bu malzemeler dış etkenler ile (ısıtılarak) küçültülebilir ve neredeyse her şekil elde edilebilir. ŞHP’ler otomobillerde kullanılan, elektronik yakıt enjeksiyonu öncesinde uygulanmış olan ve kitle uygulamalar için uygun hale gelen bobin sistemlerinde kullanılır. Diğer bir uygulama alanı ise mandrellerdir. Son zamanlarda ise ŞHP ile uyarılması sonrasında kolaylıkla çıkartılabilen akıllı yapıştırıcılar geliştirilmiştir.
Uzay ve havacılık uygulamaları
Uzay ve havacılık sektöründe görev esnasında malzemelere dışarıdan elle müdahale neredeyse imkansızdır bu yüzden ŞHP’ler sıkça kullanılır. Karbon elyaf kumaş ve şekil hafızalı reçineler kullanılarak hazırlanan güneş panelleri kullanılmaktadır. Uzay ve havacılık sektöründe ŞHP’nin en büyük avantajı pil gibi ekstra bir enerji kaynağına ihtiyaç duymamasıdır. Böylelikle ağırlık azaltılarak tasarruf sağlanır. ŞHP’ler havacılık endüstrisinde şekil değiştirebilme özelliği olan kanatlarda da kullanılabilir. Bu kanatlar kalkış, iniş ya da ortam şartlarına göre dışarıdan insan müdahalesi olmadan kendi şeklini değiştirerek enerji tasarrufu sağlar.
Tekstil
Tekstil sektöründe de önemli bir yer tutan Şekil hafızalı polimerler, kumaş üretiminde konforu artırmaktadır. Şekil hafızalı polimerler ile akıllı, su geçirmez, nefes alabilen kumaşlar üretilebilir. Bu akıllı kumaşların en önemli özelliği ise vücuttaki nemi kontrol ederek düşük sıcaklıklarda daha az hava geçirgenliği gösterirken yüksek sıcaklıklarda ise gözenekler genişler ve nem geçirgenliği artar. Böylelikle akıllı kumaşların ortam şartlarına göre değişken yapısı sayesinde kullanıcılara daha konforlu bir deneyim sunar. Bunun dışında şekil hafıza polimerlerden elde edilen elyaflar, kırışmayan giysiler ve koruyucu giysiler gibi uygulamalarda da kullanılır. MIT’de geliştirilen Bioskıyafet sistemi uzay gemisi dışında kullanılan uzay kıyafetleri için geliştirilen bir sistemdir amaç alçak basınç altında astronotu korumaktır. Kullanılan ŞHP’lere ısı uygulandığında şeklini değiştirebilir, esneyebilir ve bu oran %100’e kadar arttırılabilir. Ne yazık ki ŞHP ‘ler dışarıdan soğuk bir etki ile karşılaştığında sert bir haldedir ve esneklik gösteremez. Bu sorunu çözmek için, şekil hafızalı polimerler ve alaşımlardan oluşan bir hibrit sistem geliştirilmektedir. Geliştirilen hibrit sitem düşük sıcaklıklarda düşük esneklik, artan sıcaklıklarda ise yüksek esneme kabiliyetine sahiptir.
Medikal
ŞHP’ler ameliyatlarda akıllı dikiş iplikleri olarak kullanılabilir. Akıllı dikiş iplikleri kendi kendini düğümlemesi ve sıkıştırması ile bilinir. ŞHP kullanılarak üretilen İmplantlar küçük bir kesit ile vücut içerisine sokulur ve vücut sıcaklığı ile karşılaştığında şeklini değiştirir. Bu şekilde, malzemenin vücuttan tekrar alınması için gerekli olan ikinci cerrahi işlem önlenir.
Mekanik sistemlerde, uzay ve havacılık sektöründe, tekstil ve medikal alanı gibi çok geniş uygulama alanı bulunan ŞHP’lerin bulunduğu ortam şartlarına kolaylıkla uyum sağlaması hem hafif hem de ucuz olması ve kendi yeteneklerini sergilerken herhangi bir pile ihtiyaç duymaması bu malzemeyi önemli kılan etkenlerdir diyebiliriz.
Yorumlar