Chicago Üniversitesi Moleküler Mühendislik Fakültesi ile San Diego Kaliforniya Üniversitesi’nden bilim insanları, termodinamiğin temel yasalarına ters düşen davranışlar sergileyen yeni bir madde sınıfı keşfetti.
Yeni keşfedilen bu metastabil maddeler, ısıtıldığında hacimce küçülüyor, yüksek basınç altında ise genişliyor.
Araştırma ekibine liderlik eden Prof. Dr. Shirley Meng, “Bu malzemelerin özelliklerini redoks kimyası yoluyla ayarlayabileceğimizi düşünüyoruz. Bu da oldukça heyecan verici uygulamalara kapı aralayabilir” dedi. Çalışmanın sonuçları, Nature dergisinde yayımlandı.
Fizik kurallarına meydan okuyan özellikler
Termodinamik kurallarına göre, bir madde ısıtıldığında genleşir, sıkıştırıldığında ise hacmi küçülür. Ancak araştırmacılar, bu kuralların tersine davranan metastabil malzemeler geliştirdi.
Prof. Meng, “Malzemeyi ısıttığınızda hacmi küçülüyor. Bu oldukça sıra dışı,” açıklamasında bulundu.
Maddenin bu davranışı, yalnızca temel bilimler açısından değil, aynı zamanda uygulamalı teknolojiler açısından da devrim niteliği taşıyor.
Özellikle elektrikli araç pillerinin yenilenmesi, yapısal batarya sistemleri ve ısıya dayanıklı malzeme üretimi gibi alanlarda büyük fırsatlar sunuyor.
Yapısal batarya ve sıfır termal genleşme mümkün olabilir
Araştırma ekibinden Dr. Minghao Zhang, bu yeni sınıf maddelerin sıfır termal genleşme gösterecek şekilde ayarlanabileceğini belirtti. Bu da inşaat sektöründe çığır açabilir.
“Her binada kullanılan farklı yapı malzemelerinin ısıya bağlı hacim değişiklikleri ciddi sorunlara yol açabilir. Ancak bu malzemeler sayesinde bu tür sorunların önüne geçilebilir,” dedi.
Isının yanı sıra basınç altındaki davranışları da şaşırtıcı: Madde, gigapascal seviyesindeki yoğun basınç altında dahi genleşmeye devam ediyor.
Dr. Zhang bu özelliği, “Eğer bir maddeyi her yönden sıkıştırırsanız doğal olarak hacminin küçülmesini beklersiniz. Ama bu madde, tam tersini yapıyor,” sözleriyle anlattı.
Yaşlanan bataryalar ilk günkü haline dönebilir
Araştırmacılar, bu maddelerin elektro-kimyasal enerjiye verdiği tepkileri de inceledi. Metastabil haldeki bu maddelere elektriksel voltaj uygulandığında, orijinal kararlı hallerine geri dönebiliyorlar. Bu da kullanılmış EV bataryalarının kapasitesinin yeniden artırılabileceği anlamına geliyor.
Dr. Zhang, “Yalnızca bir voltaj uygulamasıyla batarya ilk günkü haline dönebilir. Ne üreticiye ne de servis sağlayıcılara göndermeniz gerek. Piliniz yeniden yeni gibi olur,” dedi.
Bilimsel keşiften sanayiye geçiş hedefleniyor
Araştırmanın bir diğer katkısı da, temel bilimlerdeki anlayışa yeni bir boyut kazandırması. Prof. Meng, “Bu sadece teknolojik değil, aynı zamanda bilimsel anlamda da paradigma değişimi yaratıyor” diye konuştu.
Araştırmacılar, yeni maddenin kimyasal davranışlarını daha ayrıntılı inceleyerek, enerji depolama sistemlerinden uzay teknolojilerine kadar pek çok alanda uygulanabilir hale getirmeyi hedefliyor.
