Karbon ve Silikon Bazlı Seramikten Nonwoven Kumaş Üretildi
Almanya’da geliştirilen yeni electrospun nonwovenlar, electrospinning işlemi yoluyla karbon ve silikon bazlı seramikten üretildi. Yeni electrospun nonwovenlar, yüksek elektrik iletkenliği ve son derece düşük termal iletkenliğin alışılmadık bir kombinasyonunu oluşturuyor.
Bu çalışma, uygulanması basit bir materyal konseptine dayalı olarak elektrik ve termal iletkenliği birbirinden ayırmak mümkün olduğundan malzeme araştırmalarında bir dönüm noktasını temsil ediyor. Nonwoven kumaşlar, electrospinning işlemi yoluyla karbon ve silikon bazlı seramikten üretildi. Bu nonwovenlar, enerji teknolojisi ve elektronik gibi teknolojik uygulamalar için oldukça cazip. Endüstriyel ölçekte de uygun maliyetli olarak üretilebilip işlenebiliyorlar.
Normalde yüksek elektrik iletkenliği yüksek termal iletkenlik ile ilişkilendirilirken düşük termal iletkenlik düşük elektrik iletkenliğiyle birlikte anılıyor. Bununla birlikte birçok yüksek teknoloji endüstrisinde, iyi elektrik iletkenliği ile düşük termal iletim özelliğini bir araya getiren çok işlevli malzemelere olan ilgi gittikçe artıyor. Bunu başarmak için yoğun inorganik malzemeler, birleşik polimerler ve alaşımlar gibi çeşitli stratejiler geliştirilmiş olsa da esnek, katlanabilir malzemelerde bu hâlâ büyük bir zorluk teşkil ediyor.
Uzun deniz-ada tipi nano yapıya sahip elyaflarla yeni nonwoven kumaşlar
. Her elyaf, nano boyutlu seramik fazların homojen bir şekilde dağıtıldığı bir karbon matrisi içeriyor. Parçacıklar, karbon matrisinin ‘denizinde’ küçük ‘adalar’ oluşturuyor ve zıt, tamamlayıcı etkilere sahip. Karbon matris, yüksek elektrik iletkenliği için liflerde elektron taşınmasını sağlarken nano boyutlu silikon bazlı seramik termal enerjinin kolayca yayılmasını önlüyor. Bunun nedeni, seramik ve karbon matris arasındaki ara yüzün çok yüksek, nonwoven kumaşın gözeneklerinin ise çok küçük olması. Sonuç olarak termal enerjinin tetiklediği en küçük fiziksel titreşim birimleri olan fononların güçlü bir şekilde saçılması söz konusu ve sürekli bir yönlendirilmiş ısı akışı gerçekleşmiyor.
Yeni geliştirilen nonwovenlar; seramikler, karbonlar, doğal malzemeler, sentetik polimerler, metaller, camlar ve çeşitli kompozitler dâhil olmak üzere her türden 3.900’den fazla diğer malzemeyle karşılaştırıldı ve gerekli iki özelliği birleştirmede hepsinden daha üstün olduğu görüldü.
Projeyi Dr. Seema Agarwal ile yürüten ve makromoleküler kimya alanında doktora sonrası araştırmacı olan Dr. Xiaojian Liao; ‘‘Electrospun nonwoven kumaşlar genellikle farklı malzeme sınıfları arasında dağılmış olan yüksek elektrik iletkenliği, polimer köpüklerden aşina olduğumuz ısı yalıtımı ve seramiklerin yanmazlık ve ısı direnci gibi son derece cazip çok işlevli özellikleri bir araya getiriyor.’’ dedi. Agarwal: ‘‘Lifler basit bir malzeme konseptine dayanıyor ve ticari polimerlerden üretildiler. Bunların enerji yönetimi, pille çalışan elektromobilite, akıllı tekstiller ve havacılık alanlarında çeşitli uygulama sahalarında kullanılmaya uygun olduğuna inanıyoruz.’’ ifadelerini kullandı.
Bavyera Polimer Enstitüsü (BPI), Bayreuth Kolloidler ve Arayüzler Merkezi (BZKG), Bavyera Deneysel Jeokimya ve Jeofizik Araştırma Enstitüsü (BGI) ve Bavyera Pil Teknolojisi Merkezi (BayBatt) dâhil olmak üzere farklı araştırma merkezlerinden Bayreuth bilim insanları yeni nonwovenların geliştirilmesinde ve gerekli ön çalışmalarda iş birliği yaptı. Araştırma Science Advances dergisinde yayımlandı.
