Metamateryal, doğadaki malzemelerde bulunmayan özelliklere sahip olacak şekilde tasarlanan yapay malzemelerdir. Metamateryaller genellikle plastik metal gibi doğal malzemelerle oluşturulan mikroskobik boyutlardaki yapıların tekrarlanan kalıplar olarak birleştirilmesi yoluyla elde edilir. Metamateryaller bu özellikleri titizce tasarlanan bu yapılar sayesinde kazanır. Geometrisi, büyüklüğü, düzeni ışık ve sesle doğada görülmeyen bir şekilde etkileşebilir.
Bunlar, metaller veya plastik gibi kompozit malzemelerden yapılmış çoklu elementlerin birleşiminden yapılırlar. Malzemeler, genellikle, etkilediği olgunun dalga boylarından daha küçük ölçeklerde tekrarlanan desenler halinde düzenlenir. Metamaterials, temel materyalin özelliklerinden değil, yeni tasarlanan yapılarından özelliklerini türetir. Onların kesin şekli, geometrisi, boyutu, yönlendirilmesi ve düzenlemesi, onlara elektromanyetik dalgaları manipüle edebilen akıllı özelliklerini verir: geleneksel materyallerle mümkün olanın ötesinde faydalar elde etmek için dalgaları bloke ederek, emerek, güçlendirerek veya bükerek.
Uygun şekilde tasarlanmış metamatikler, yığın halinde materyallerde gözlenmeyen bir şekilde elektromanyetik radyasyon veya ses dalgalarını etkileyebilir. Belli dalga boyları için negatif bir kırılma indeksi sergileyenler, önemli araştırma çekti. Bu malzemeler negatif indeks metamatikleri olarak bilinirler.
Metamatik malzemelerin potansiyel uygulamaları çeşitli ve optik filtreler, tıbbi cihazlar, uzaktan havacılık uygulamaları, algılayıcı algılama ve altyapı izleme, akıllı güneş enerjisi yönetimi, kalabalık kontrolü, radom’lar, yüksek frekanslı savaş alanı iletişimi ve yüksek kazançlı antenler için lensler, ultrasonik sensörlerin geliştirilmesini içerir. Ve hatta yapıları depremlerden korumak. Meta malzemeler, süper renkler yaratma potansiyelini sunar. Böyle bir objektif, geleneksel cam mercekler tarafından elde edilebilen asgari çözünürlük olan kırınım sınırının altındaki görüntülemeye izin verebilir. Degradasyon indeksi malzemelerini kullanarak bir tür “görünmezlik” gösterildi. Akustik ve sismik meta materyalleri de araştırma alanlarıdır.
Metamatik araştırma, disiplinlerarasıdır ve elektrik mühendisliği, elektromanyetik, klasik optik, katı hal fiziği, mikrodalga ve anten mühendisliği, optoelektronik, malzeme bilimi, nanoscience ve yarıiletken mühendisliği gibi alanları içerir.
Tarihi
19. yüzyılın sonunda, elektromanyetik dalgaları manipule etmek için suni malzemelerin keşfi başladı. Metamaterials olarak kabul edilebilecek en eski yapıların bazıları, 1898’de kiral özelliklere sahip maddeleri araştıran Jagadish Chandra Bose tarafından incelendi. Karl Ferdinand Lindman, yirminci yüzyılın başında yapay kiral medya olarak metalik sarmallarla dalga etkileşimi üzerine çalıştı.
Winston E. Kock, 1940’ların sonlarında metamalzemelerle benzer özelliklere sahip materyal geliştirdi. 1950’lerde ve 1960’larda yapay dielektrikler hafif mikrodalga antenler için incelendi. Mikrodalga radar soğurucuları, 1980 ve 1990 yıllarında yapay kiral medya uygulamaları olarak araştırılmıştır.
Negatif indeks malzemeleri ilk olarak 1967’de Victor Veselago tarafından teorik olarak tanımlandı. O, bu tür malzemelerin ışığı iletebildiğini kanıtladı. Faz hızının Poynting vektör yönüne ters paralel olabileceğini gösterdi. Bu, doğal olarak oluşan materyallerin dalga yayılımına aykırıdır.
Metamateryallerin toplumla ilk tanışması görünmezlik pelerinleri olmasa da bu ürünleri popüler hale getiren şey bu olay oldu. Harry Potter filmlerinde büyü ile açıklanan görünmezlik pelerinini mümkün kılan bu metamateryaller ile Arthur C. Clarke bir kez daha haklı çıktı. (Büyük üstadın “Büyü, henüz anlayamadığımız bilimdir.” şeklinde bir sözü var.) Ancak metamateryallerin çok daha pratik kullanımı var.
Bilim insanları metamateryalleri ilk olarak 20. yüzyılın sonlarında ele almaya başladı. Bu yeni alan temelde dalgaların, örneğin sesin ya da ışık dalgalarının, özel olarak tasarlanmış ve yapay olarak oluşturulmuş yapılarla etkileşime girmesine dayanıyordu.
Metamateryallerin üretilmesi ile birlikte fizik kurallarının esnetilebildiği de ortaya çıktı. Bu a araştırmacılara üstünde çalışabilecekleri pek çok yeni alan demek. Ayrıca bu ürünler sayesinde daha gelişmiş ve daha verimli ürünler de ortaya çıkarılabiliyor. Bunu da doğal yapıdaki materyallerde bulunmayan özelliklerine borçlular.
Grand View Research’a göre 2025’e kadar küresel çapta 1.35 milyar dolarlık metamateryal araştırması yapılacak. Şu anda havacılık ve savunma sanayi gibi alanlarda kullanılan bu ürünlerin daha sonra diğer alanlara da yayılması kaçınılmaz. Günümüzde kullandığımız pek çok teknoloji de ilk olarak savunma ve havacılık sanayinde kullanılmıştı.
Metamateryallerin kullanım alanları çok basit gözüken alanlardan çok komplike üretim sistemlerine kadar her yere uzanıyor. Son dönemde ses azaltan bariyerler de bu malzemeler ile üretiliyor. Şehirler kalabalıklaşmaya ve araçlar artmaya devam ettikçe insanların da bu tür ürünlere olan talebi arttıracak.
Bilim insanları şu anda radyasyona ve sismik hareketlere karşı koruma sağlayacak özellikteki metamateryaller geliştirmeye odaklanmış durumda. Metamateryaller sayesinde sismik dalgaların emilimi ya da yönlendirilmesi sağlanabilecek.Ayrıca metamateryaller enerji için de kullanılabilecek. Bu malzemeler dalgaları hapsedecek, dönüştürebilecek ve geri kazanabilecek yapıya sahip. Bu özelliklerin uygulanması ile birlikte gelecekte gelişmiş güneş bataryaları gibi teknolojiler sayesinde temiz ve sürdürülebilir enerjide bir çığır açılabilecek. Ayrıca bu yapılar sayesinde güç ve veri transferi de bir üst aşamaya geçecek Eskiden kontrollü bir ortamda taşıyabildiğimiz enerjiyi ve verileri çok daha rahat kullanmamız mümkün olacak. Uzak mesafelerden dahi kablosuz şarj kullanabilmek, çok daha hızlı ve güçlü kablosuz bağlantı, gelişmiş ve yaygın bağlantı teknolojileri metamateryaller ile mümkün hale gelebiliyor.
Hasso Plattner Enstitüsü ayrıca belirli bölgelere kuvvet uygulandığında mekanizmanın ne şekilde hareket edeceğini öngörebilmelerini sağlayan bir çeşit destek yazılım servisi de geliştirdi. Araştırmacılar şimdilik esnek silikon kullanmış olsa da teorik açıdan bakıldığında yüksek baskı altında kırılmayacak kadar esnek olan herhangi bir malzeme de kullanılabilir. Yaylı çeliğin de bu tür mekanizmalarda kullanılabileceği düşünülürken henüz 3 boyutlu baskı yapılarak üretilemediğinden kullanılamadığı belirtildi.
Bakalım ilerleyen zamanlarda kapı mandalı veya penseye ek olarak ne gibi malzemeler bu yeni teknoloji kullanılarak üretilecek?
Kaynak
Filozof
haberler
