Koç Üniversitesi’nden Işıkla Üretilen Yeni Nesil Malzemeler
Koç Üniversitesi’nden araştırmacılar, ışığa duyarlı polimerik malzeme üretimi için çevre dostu ve düşük maliyetli yeni bir kimyasal sentez yöntemi geliştirdiler. Bilim dünyasının en saygın dergilerinden Nature Communications’ta yayımlanan araştırma geliştirilen özgün kimyasal yöntem sayesinde enerji, çevre ve malzeme teknolojilerinde yeni uygulamaların hayata geçmesini sağlayabilecek ışığa duyarlı polimerik malzemelerin sentezlenmesi sağlayacak.
Koç Üniversitesi Kimya Bölümü’nden Prof. Dr. Önder Metin liderliğinde, Dr. Melek Sermin Özer, Dr. Zafer Eroğlu ve Prof. Dr. Sermet Koyuncu tarafından yürütülen bilimsel araştırmada; çevre dostu ve düşük maliyetli yeni bir prolimerik malzeme (çok sayıda küçük molekülün birleşmesiyle oluşan uzun zincirli yapıdaki madde) üretim yöntemi geliştirildi. Bilim dünyasının en saygın dergilerinden biri olan Nature Communications’ta yayımlanan bu yeni üretim yöntemi sayesinde, yalnızca görünür ışık kullanılarak daha çevreci ve sürdürülebilir bir yolla geleceğin malzeme teknolojilerinde çığır açacak uygulamaların önü açılıyor.
Gündelik hayatta kullandığımız polimerik malzemeler (plastik vb.), üretildikten sonra uzun süre kararlı ve çevresine tepki vermeyen yapılardır. Bu malzemelere alternatif arayan araştırmacılar ışık, sıcaklık ya da elektrik gibi dış etkilere yanıt verebilen “akıllı” malzemeler üzerinde çalışıyor. Koç Üniversitesi’nden araştırmacıların geliştirdiği bu yeni kimyasal polimerik malzeme sentez yöntemi, bu tür gelişmiş malzemelerin çok daha kolay ve çevreci yöntemlerle üretilebilmesini sağlıyor. Üstelik bu üretim süreci, pahalı metal katalizörler ya da yüksek sıcaklıklar gerektirmeden, güneş ışığı kullanılarak oda koşullarında gerçekleştiriliyor.
Araştırmada geliştirilen malzemeler, rasyonel olarak seçilen çok küçük moleküler yapı taşlarının bir araya gelmesiyle oluşan ve içlerinde milyonlarca minik boşluk barındıran özel polimerlerdir. Sahip oldukları özel molekül motifleri ve boşluklar sayesinde hem ışıkla etkileşebiliyor hem de diğer kimyasal reaksiyonları katalizleyen yüklü parçacıklar üretebiliyorlar. Bu özellikleri, onları enerji üretiminden çevresel arıtmaya kadar geniş bir kullanım alanına taşıyor.
Bugün bu tür gelişmiş malzemelerin en büyük sorunu, üretim süreçlerinin karmaşık, maliyetli ve çoğu zaman çevreye zararlı olmasıdır. Bu çalışmada geliştirilen kimyasal sentez yöntemi ise pahalı metaller kullanılmadan, oda sıcaklığında ve ışık kullanarak bu tür malzemelerin üretimini mümkün kılıyor. Bu da gelecekte kendi kendini onaran yüzeylerden güneş ışığıyla çalışan enerji sistemlerine, tıbbi uygulamalardan esnek elektronik cihazlara kadar pek çok teknolojinin daha erişilebilir hale gelmesine katkı sağlayabilir.
Nasıl Bir Yöntem Geliştirildi?
Araştırmada, ışıkla aktive edilebilen iki boyutlu yarı-iletken bir malzeme olan “bizmuten” kullanılarak kimyasal reaksiyonlar başlatıldı ve rasyonel olarak seçilen moleküler yapı taşlarının kontrollü biçimde bir araya gelmesi sağlandı. Bu yaklaşım, yüksek molekül ağırlıklı ve yapısı hassas biçimde ayarlanabilen malzemelerin elde edilmesine olanak tanıyor. Ayrıca bu tür malzemelerin sentezinde kullanılan mevcut yöntemlerde mümkün olmayan brom ve iyot gibi halojenlerin doğrudan yapıya entegre edilebilmesi, malzemelerin elektronik ve optik özelliklerinin ince ayarını mümkün kılıyor. Bu sayede, ışıkla etkileşim ve elektriksel iletim gibi kritik özellikler uygulamaya göre kontrol edilebiliyor.
Araştırmacılar özel bir yarı iletken malzeme olan “bizmuten”i ve malzemeyi oluşturacak küçük moleküler yapı taşlarını bir çözücü içinde bir araya getirip ortama ışık verdi. Işık, bizmutene’i aktive ederek kimyasal tepkimeleri başlattı ve bu yapı taşlarının birbirine bağlanmasını sağladı. Süreç ilerledikçe küçük moleküller birleşerek uzun zincirler oluşturdu ve sonunda gözenekli, yeni polimerik malzemeler ortaya çıktı. Elde edilen bu malzemeler, ışık altında kimyasal tepkimeleri hızlandırabildiği için özellikle enerji üretimi, çevre temizliği ve sürdürülebilir kimya uygulamalarında kullanılabilecek potansiyele sahiptirler.
Geliştirilen malzemelerin kimyasal tepkimeleri hızlandırma performansı deneylerle de gösterildi. Bu malzemeler, ışık altında gerçekleşen kimyasal reaksiyonlarda yüksek verimle çalışarak ışık enerjisini kimyasal dönüşümleri başlatmak için kullanabildiklerini gösterdi. Araştırma, sürdürülebilir kimya ve enerji teknolojileri açısından yeni bir üretim yaklaşımı sunuyor.
