Skip to content Skip to navigation

Su Geçirmeyen Akıllı Yüzeyler

Dr. Sevda Seçer
31/07/2019 - 14:49

Yağmurlu bir günde yolda yürürken yakınınızdaki su birikintisinden hızla geçen bir arabanın sıçrattığı su nedeniyle ıslandığınızı ve kıyafetlerinizin kirlendiğini düşünün. Üzerinize sıçrayan su hiç iz bırakmadan kıyafetinizin yüzeyinden akıp gitseydi ne kadar harika olurdu değil mi? Günümüzde su geçirmeyen kumaşlar ve yüzey kaplamaları birçok alanda kullanılıyor. Bu tür yüzeyler hidrofobik kaplama olarak isimlendiriliyor. Peki, su emilmeden bu yüzeylerin üzerinden nasıl akıp gidiyor?

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde kolaylıkla bulabileceğiniz malzemelerle hidrofobik kaplama yaparken akıllı yüzeylerin doğadaki örneklerini ve kullanım alanlarını öğreniyoruz.

 

Bilmekte Fayda Var!

Hidrofobik ifadesi “su” anlamına gelen Yunanca hydro ve “korku” anlamına gelen phobos kelimelerinden oluşur ve "sudan korkan” ya da “suyu sevmeyen" şeklinde Türkçeye çevrilebilir. Hidrofilik ifadesindeki Yunanca philia kelimesi ise “arkadaşlık”, “sevgi” anlamına gelir ve hidrofilik “suyla arkadaş” ya da “suyu seven” şeklinde Türkçeye çevrilebilir. Süperhidrofobik ve süperhidrofilik ifadeleri ise sırasıyla “sudan nefret eden” ve "suyu çok seven” demektir.

Bir yüzeyin hidrofobik mi yoksa hidrofilik mi olduğu su damlacığının bir yüzey üzerinde ne kadar yayıldığına bağlıdır ve su damlacığı ve yüzey arasındaki temas açısı ile ölçülebilir.

Temas açısı 90 dereceden büyük yüzeyler hidrofobiktir. Bu tür yüzeyler üzerinde su damlacıkları yayılmaz, damlacık şeklinde kalır. Temas açısı 90 dereceden küçük yüzeyler hidrofiliktir. Bu tür yüzeyler üzerinde su homojen şekilde yayılır, damlacık şeklinde kalmaz. Süperhidrofobik yüzeylerin su damlacıkları ile temas açısı 150 derecenin üzerindedir.

Yukarıdaki fotoğrafın sağında suyun hidrofobik kaplama yapılan yüzey üzerinde, solda ise kaplama yapılmayan yüzey üzerinde yayılışı görülüyor.

Doğada hidrofobik yüzeylerin örneklerine rastlayabiliriz. Örneğin nilüfer (Nelumbo nucifera) çiçeğinin yapraklarının temas açısı 161 derecedir yani süperhidrofobik özelliktedir. Bitkinin yapraklarının üzerine düşen su damlaları yaprak yüzeyine yayılmadan damlacık şeklinde yuvarlanarak yere düşer. Bu sayede yapraklar kendi kendini temizler.

Materials Today - Nelumbo nucifera çiçeğinin süperhidrofobik yaprak yüzeyinin taramalı ışık mikroskobuyla çekilen görüntüsü

Yüzeylere kendi kendini temizleyebilme ya da bazı maddeleri itme özelliği kazandıran malzemeler akıllı yüzey kaplamaları olarak isimlendirilir. Çoğunlukla nano (metrenin milyarda biri) ölçekte olan bu malzemeler süperhidrofobik ya da süperhidrofilik özellikte olabilir. Süperhidrofilik yüzeylerde yüzeye yayılan su akarken kiri de beraberinde götürür. Süperhidrofobik yüzeylerde ise su damlacıkları yuvarlanırken kir üzerine tutunur. Örneğin yüzeyi hidrofobik kaplama ile kaplanan arabaların dış camları hem temiz kalır hem de su damlacıkları yüzeye tutunmadığı için görüşü olumsuz etkilemez. Ayrıca daralan kalp damarlarını genişletmek için takılan stentlerin iç çeperi süperhidrofobik yüzeyle kaplanır. Bu sayede stentlerin iç çeperi daha kaygan hâle gelir ve tıkanmaları engellenebilir. Bunlar gibi doğadan ilham alınarak geliştirilen hidrofobik kaplama teknolojileri birçok alanda kullanılıyor.

Nelere İhtiyacımız Var?

  • Sprey vernik
  • Deodorant
  • Gıda boyası
  • Deseni olmayan cam kap
  • Elektrik bandı
  • Kâğıt

 

Uyarı:

Etkinliğe başlamadan önce koruma gözlüğü ve eldiven takılmalı, laboratuvar önlüğü giyilmelidir.

Kimyasal maddeleri kullanırken dikkatli olunmalı, bu maddeler solunmamalı ve yutulmamalıdır.

 

Ne Yapıyoruz?

 

. Cam kabın dış yüzeyine elektrik bandını herhangi bir şekil oluşturacak biçimde yapıştıralım.

. Cam kabın elektrik bandıyla şekil oluşturduğumuz yüzeyine sprey vernik sıkalım. Vernik uygulamasından hemen sonra kurumasına fırsat vermeden tüm yüzeye deodorant sıkalım.

Bu işlem açık havada ya da hava dolaşımı sağlanan bir ortamda yapılmalıdır.

. Vernik ve deodorant sıktığımız yüzeyin kuruması için en az 1-2 saat bekleyelim.

Hidrofobik yüzey kaplamamız hazır.

. Bir kaptaki suya birkaç damla gıda boyası damlatalım.

. Cam kabın üzerine yapıştırdığımız elektrik bantlarını çıkaralım.

. Suyun cam yüzey üzerinde yayılışını daha kolay gözlemleyebilmek için cam kabın iç tabanına beyaz kâğıt yapıştıralım.

. Boyalı suyu yavaşça cam kabın dış yüzeyinde gezdirerek dökelim.

Hidrofobik yüzey kaplamasının suyun bir yüzey üzerinde yayılışını nasıl etkilediğini daha belirgin şekilde kıyaslayabilmek için cam kabın yarısını kâğıtla kapatıp diğer yarısına kaplama yaparak deneyi tekrar edebilirsiniz.

 

Ne Oldu?

Cam kabın üzerine su döktüğümüzde, su, elektrik bandıyla kapattığımız ve hidrofobik kaplama yapmadığımız yüzeyde toplanır. Su, hidrofobik kaplama yaptığımız yüzeyden hidrofobik kaplama yapmadığımız yüzeye doğru hareket eder.

Kullandığımız deodorant yüzeye hidrofobik özellik kazandıran maddedir. Sprey vernik ise hidrofobik deodorant katmanının cam yüzeye tutunmasını sağlayan bir yapıştırıcı görevi görür.

Deodorantın içinde bütan ve propan isimli hidrokarbon bileşikleri vardır. Hidrokarbonlar hidrojen ve karbon atomlarından oluşan kimyasal moleküllerdir. Hidrokarbonlarda karbon ve hidrojen atomları birbirlerine polar olmayan kovalent bağlar ile bağlıdır. Hidrokarbon moleküllerinde kimyasal bağın oluşumunda ortaklaşa kullanılan elektronlar karbon ve hidrojen atomları tarafından eşit oranda çekilir. Çünkü karbon ve hidrojen atomlarının elektron çekme istekleri birbirine yakındır. Dolayısıyla hidrokarbon molekülleri polar yapıda olmayan moleküllerdir, yani molekülde artı ve eksi yük yoğunluğu birbirinden farklı olan bölgeler yoktur. Su ise polar bir moleküldür.

Polar olmayan yapıdaki hidrokarbon molekülleri polar yapıda olan suyla hidrojen bağı oluşturamaz. Su molekülleri ile hidrokarbon molekülleri birlikte bulunduğunda, hidrokarbonlar su moleküllerinden uzakta durmaya çalışır yani su moleküllerini ittikleri söylenebilir. Bu nedenle hidrokarbonlar hidrofobik özelliktedir.

Hidrokarbon ve su moleküllerinin etkileşimi

Değerli bilim insanımız Prof. Dr. Oktay Sinanoğlu polar olmayan bir çözünen ile polar yapıdaki bir çözücü arasındaki etkileşimleri açıklayan ve hidrofobik etkileşimleri de kapsayan solvofobik kuramını bilim dünyasına kazandırmıştı.

 

Kaynaklar:
 
Yazar Hakkında:
Dr. Sevda Seçer
Zeytinburnu Şehitler Bilim ve Sanat Merkezi Fen Bilimleri Öğretmeni

İlgili İçerikler

Kimya

Kimyacılar, yapılarında meydana gelen değişimleri öğrenmek için genellikle maddeleri ısıtır. Katı hâldeki maddelerin bazıları ısıtıldıklarında erir bazıları sıvı hâle geçmeden doğrudan buharlaşır yani süblimleşir. Sıvılar ise genellikle gaz hâle geçer. Soğutulduklarında eski hâllerine dönerler.

Kimya

Nobel Kimya Ödülü’nün 2019 yılındaki sahipleri, Austin’deki Texas Üniversitesinden John B. Goodenough, New York Eyalet Üniversitesinden M. Stanley Whittingham ve Meijo Üniversitesinden Akira Yoshino oldu. Araştırmacıların lityum iyon pillerin geliştirilmesine yaptıkları önemli katkılar sebebiyle ödüle layık görüldükleri açıklandı.

Kimya

Georgia Teknoloji Enstitüsünden Paul Kohl ve arkadaşları güneş ışığına maruz kaldığında kendiliğinden yok olan bir tür plastik malzeme geliştirdi.

Kimya

Laboratuvar ortamında üretilen bir malzeme tıpkı gerçek bir doku gibi metabolik reaksiyonları gerçekleştirebilir, aynı zamanda vücutla uyumlu olabilir mi? Bilim kurgu filmlerinde karşılaşabileceğimiz bu durum biyolojik nanomalzemeler sayesinde mümkün olabilir.

Kimya

Yeryüzünün pek çok bölgesinde insanlar temiz suya erişmekte güçlük geçiyor. Üstelik küresel iklim değişikliği ve insan etkinlikleri sebebiyle gelecekte durumun daha da kötüleşme ihtimali var. Bu soruna çare bulmak için çalışmalar yapan Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesinden Prof. Dr. Omar Yaghi ve arkadaşları, atmosferden su buharı toplayarak içme suyu üreten bir cihaz geliştirdi.

Kimya

Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesinde çalışan Dr. Hnin Yin Yin Nyein ve arkadaşları, teri analiz eden bir sensör geliştirdi. Sensörün tasarımı ve üretimi Science Advances’ta yayımlanan makalede detaylı bir biçimde açıklandı.

Kimya

Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü ve Northwestern Üniversitesinde çalışan bir grup araştırmacı elektrik üretmek için yeni bir yöntem geliştirdi. İnce pas (demir oksit) katmanları üzerinde akan tuzlu suyun kinetik enerjisinin elektrik enerjisine dönüştürüldüğü yöntemle ilgili makale Proceedings of the National Academy of Sciences (USA)’da yayımlandı.

Kimya

ABD’deki Rutgers Üniversitesinden ve Oregon Eyalet Üniversitesinden araştırmacılar, üzerine baskı yapılan kâğıtların geri dönüştürülmeye ihtiyaç olmaksızın tekrar kullanılması için kâğıt üzerindeki baskının çıkarılmasını sağlayan bir yöntem geliştirdi.

Kimya

Plastikler günlük yaşamımızın bir parçası. Kolay şekillendirilebilmeleri, maliyetlerinin düşük olması, ısı ve elektrik yalıtımı sağlamaları gibi özellikleri nedeniyle yaygın olarak kullanıyorlar. Peki, plastiksiz bir dünya mümkün mü? Biyoplastikler, plastiklerin neden olduğu sorunlara çözüm olabilir mi?

Kimya

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde çeşitli kimyasal maddeler kullanarak ve elektrik devresi kurarak yazı yazarken kimyanın alt dallarından biri olan elektrokimyayı daha yakından tanıyoruz.