20 Ağustos 2005, Cumhuriyet Bilim Teknik
İki Türk Bilimcinin Nano Teknolojide Büyük Başarısı
ABD, Maryland’daki bir süper bilgisayarın yardımı ile iki Türk bilim
adamı, titanyum ile kaplanmış karbon nanotüplerinin ideal bir
hidrojen depolama malzemesi oluşturduğunu keşfetti. Bu buluş, yakıt
kullanımında devrim yaratacak.
Dünyanın dört bir
yanında hidrojenin depolanması sorununa çözüm aranıyor. Bu
çözümlerden biri ABD, Maryland’deki Ulusal Standartlar ve Teknoloji
Enstitüsü’nden fizikçi Taner Yıldırım ve Bilkent Üniversitesi’nden
fizik profesörü Salim Çıracı'ya ait. Bu ikili, süper bilgisayarın
bilge işleme gücünden yararlanarak, hidrojen depolama malzemesi
olarak nano yapıların performansını araştırıyor.
YÜZEYDE BİRİKME
Bir malzemenin hidrojen depolaması için gazı dış yüzeyde
biriktirmenin oluşması için iki temel sistem üzerinde odaklanır.
Bunlardan biri kimyasal biriktirme (hidrojen ile genellikle katı
olan yüzey tutma malzemesi arasında oluşan kimyasal bağ), bir diğeri
de fiziksel biriktirmedir. (Hidrojen van der Waals kuvveti yardımı
ile yüzeyde tutulur)
Depolama malzemesi için hidrojeni yüzeyde biriktirmek akla ilk gelen
düşüncedir. İkinci ise hidrojenin tekrar geri kazanılıp
kazanılmayacağı ile ilgilidir. Burada sıcak önem kazanır. Karbon
nanotüpleri gibi yüksek yüzey alanı malzemeleri ve aktive edilmiş
karbon, hidrojen moleküllerini oda sıcaklığında muhafaza edemez.
Bunu nedeni fiziksel etkileşiminin zayıf doğasıdır.
Yıldırım’a göre
metaller de bu bağlamda sorun çıkartıyor. Bu sorun şu: Metallerdeki
hidrojen moleküllerinin kimyasal etkileşimi çok kuvvetli olmasına
karşın, fiziksel etkileşimi oda sıcaklığında depolamak için çok
zayıftır.
Bu durumda karbon
nanotüpleri ile metalin karşılaştırdığımızda ne olur? Yıldırım ile
Çıracı’nın kurumsal çalışmaları bu soruya umut verici bir yanıt
oluşturuyor: “Bizler üçüncü bir etkileşim daha olduğunu öngördük. Bu
da, kimyasal ve fiziksel etkileşim arasında bir kuvvete sahipti.”
BAĞLANMA
Milyon dolarlık süper bilgisayarın yardımı ile Yıldırım ile Çıracı
bir model geliştirdiler. Bu modelde, titanyumu (hafif bir geçiş
metali), karbon “tek-duvarlı nanotüp” (SWNT) olarak bilinen bir nano
yapıyı kaplamak veya “bezemek” için kullandılar. Yıldırım bu sistemi
şöyle açıklıyor: “SWNT üzerindeki tek bir titanyum atomunun mıknatıs
gibi çalıştığını fark ettik. Kendisine doğru en fazla 4 hidrojen
molekülünü çeker. Bu çekimci etkileşimin, oda sıcaklığında, tersine
çevrilebilir depolama için doğru kuvvete sahiptir. Bu etkileşimin
doğası çok özeldir ve SWNT’nin, hidrojen ve karbon yörüngesel
yolunun ve geçiş metalinin d-yörüngesel yolunun bir bileşimidir.”
Karbon nanotüpleri, daha önceden de umut verici bir hidrojen
depolama malzemesi olarak kullanıldı. Ancak etkileşim çok zayıftı.
Benzer şekilde, çok sayıda bilim adamı metal hidritleri –geçiş
metallerindeki hidrojen- inceledi ve bunlardaki etkileşimin çok
kuvvetli olduğunu ortaya çıkarttı.
Yıldırım bu konuda
şunları söylüyor: “Bu çalışmada biz bu iki sistemi, yani SWNTve
geçiş metallerini birleştirdik. Sonuçta çok şaşırtıcı bulgularla
karşılaştık, çünkü birleşik sistem tek tek SWNT veya metalden daha
farklı özelliklere sahipti. Kısaca birleşik sistem, hidrojen
depolama malzemesi olarak idealdi”.
|
