Dünyanın En Hafif Materyali Aerojel

Grafen Aerojel, yüzeyi süngerli yapıda, içeriğinde %99.98 miktarında hava bulunduran, bununla birlikte birçok farklı fiziksel ve kimyasal özelliği içinde barındıran dünyanın en hafif katısı olarak nam salmış özel bir materyaldir. Aerojeller kısaca, jellerin sıvı bileşeninin gaz ile değiştirilmesiyle elde edilen gözenekli sentetik maddeler olarak özetlenebilir. Her ne kadar ismi bir sıvıyı andırsa da bunun aksine katı ve kuru maddelerdir. Bir başak kadar hafif olan grafen aerojel, görünümüne rağmen oldukça elastik ve dayanıklı bir yapıya sahiptir.

Havadan 7.5 kat daha hafif olan bu katının teorik olarak uçması beklenir. Ancak bu malzemelerin yoğunluğu, içlerindeki havanın boşaltıldığı varsayılarak hesaplanmıştır ve pratikte içleri hava ile dolu olan aerojeller yer çekimi kuvvetini yenemezler ve bu yüzden uçmazlar. Buna karşın küçük bir kuvvetin etkisi ile havada kalmaları mümkündür.

Aerojelin keşfi, 1930′lu yıllarda Samuel Stephen Kistler tarafından arkadaşlarıyla girdiği bir iddia sonucunda gerçekleşir. Kistler’in arkadaşı Charles Learned ile birlikte girdiği bu iddiada amaç, ‘jellerin içindeki sıvıyı havayla değiştirirken çökmeye yol açmamaktır. Bunun devamında gelen araştırmalar sonucu 1931 yılında Nature dergisinde yayımlanan makaleyle, bilim dünyası aerojelle tanışır ve bundan sonraki yıllardan günümüze aerojellerin yolculuğu başlamış olur.

Nasıl Üretildi?

Aerojeller ilk yıllarda silika esaslı sıvı jellerin, yüksek ısı ve basınç altında daha önceden belirlenen kritik bir seviyeye kadar kurutulmasıyla oluşturulmaktaydı. Günümüzde aerojeller,metal oksitlerden organik polimerlere, karbondan karbon nanotüplere kadar çok çeşitli maddelerden üretilebilmektedir.

Neden Havada Uçamıyor?
Söz konusu maddenin yoğunluğu mililitreküp başına 0.16 miligram civarında kütleyle havaya göre 6-7.5 kat daha az yoğundur; ancak buna rağmen havada uçamaz. Çünkü diğer ve sıradan maddeler için kullandığımız “yoğunluk” tanımı ile ultrahafif maddeler için kullanılan yoğunluk tanımı birebir uyumlu değildir. Örneğin tahta su üzerinde yüzebilir; çünkü tahtanın yoğunluğu sudan azdır. Benzer şekilde bir sıcak hava balonu uçabilir; çünkü balon içerisindeki hava, atmosferdeki havadan hafiftir. Bu durumda havadan 6 kat hafif olan ultrahafif maddeler neden uçamıyorlar?

Sorumuzun cevabı havanın kendisinde gizlidir. Ultrahafif maddelerin malzemesi sıkışık gibi gözükse de, bu dış görüntü aslında maddenin tam özelliklerini anlamamız konusunda bir yanılgıya neden olur. Çünkü ultrahafif maddelerin tamamı, katı değildir. Böylesi yapılar içerisinden havayı tamamen atmak neredeyse asla mümkün değildir. Yani ultrahafif madde içerisindeki çok sayıda delik (por), çok miktarda hava ile doludur. Dışarıdan bakıldığında bu porlar ve dolayısıyla içerisindeki hava gözükmez. Ancak maddenin içi havayla dolu olduğu için, havanın kendisi üzerinde süzülmesi mümkün olmamaktadır. Porların içerisindeki hava ile maddenin toplam ağırlığı, maddenin hacminden ötürü yer değiştirmeye zorladığı hava hacminden büyüktür. Bu sebeple madde havada uçamamaktadır.

Aerojellerin Kullanım Alanları
Grafen Aerojel daha çok petrol temizliğinde kullanılır.Diğer petrol temizlemede kullanılan organik çözücü maddeler kendi ağırlıklarının 10 katı kadar petrol emebilirken Grafen Aerojel kendi ağırlığının 900 katı petrol emebilmektedir.
Petrol temizleme dışında kullanılan diğer alanlar ;
• Isı, ışın, elektrik yalıtımında,
• Nem çekmede,
• Bazı kozmetik ürünlerinin koyulaştırılmasında,
• Çeşitli süs eşyalarının yapımında,
• Kurşungeçirmez yapısı nedeniyle çelik yelek yapımında,
• Ateşe olan dayanıklılığı ile itfaiyeci elbiselerinde,
• Tekstilde,
• Boyalarda yalıtıcı,yoğunlaştırıcı ve emici olarak,
• NASA’daki uzay gemilerinin yalıtımında ve uzay teknolojisindeki diğer alanlarda kullanılabiliyor.