DOĞADA BULUNMAYAN ÖZELLİKLERE SAHİP METAMATERYALLER

0
44

3D Yazıcı Teknolojisi’nden bahsettiğimiz bu günlerde, bu teknolojinin nasıl çalışacağı ve nasıl hayata geçirileceği konusunda da bazı sorulara cevap arıyoruz. Bu teknoloji sayesinde almak istediğimiz bir ürünü; herhangi bir yere gitmeye gerek kalmadan, nakliye veya kargo beklemeden, satın aldığımız anda elimizin altındaki 3D yazıcıdan edinebileceğimiz belirtiliyor. Peki bu nasıl olacak? Bilim-kurgu filmlerinde gördüğümüz parçalanmayan, kırılmayan, eskimeyen ve her türlü şekle girebilen hem dayanıklı hem de esnek maddeleri acaba gerçek hayatta da görmek ve hatta kullanmak mümkün mü?

Tasarım ve mühendislik bir araya geldiğinde, doğada olmayan yeni maddeleri ortaya çıkarabileceğimiz bir çağdayız artık. İşte bu şekilde üretilen yeni maddelere “Metamateryal” ismini veriyoruz. Meta Yunanca “ötesinde” anlamına gelmektedir. Yani bu tasarım ve mühendislik sonucu ortaya çıkan yeni maddeler “materyalin ötesinde” olarak nitelendiriliyor. Çünkü bu yeni oluşturulan yapı, maddenin doğal haliyle oluşturulabilecek bir yapıdan çok daha fonksiyonel bir hal alıyor. Metamateryaller genellikle plastik, metal gibi doğal malzemelerle oluşturulan mikroskobik boyutlardaki yapıların tekrarlanan kalıplar olarak birleştirilmesi yolu ile elde edilir. Bu özellikleri, titizce tasarlanan bu yapılar sayesinde kazanır. Geometrisi, büyüklüğü, düzeni ışık ve sesle doğada görülmeyen bir şekilde etkileşebilir.

Metamateryaller genellikle tekrarlanarak çoğaltılmış hücreler ile oluşturulan ve bu hücrelerin diziliş şekli ile kendine özgü karakteristik mekanik özellikleri olan yapay olarak konstrükte edilmiş yapılardır. Konseptine göre yapılan bazı çalışmalarda sıkıştırıldığında öteki ucunda da baskı oluşturan pense gibi sıra dışı malzemeler üretmek mümkündür. Bu hareket yumuşak veya sert kalacak şekilde dizilmiş hücreler dizininin gelen tahrike göre birbirine kuvvet iletirken hücre kafesleri içerisinde iki boyutlu hareket oluşur. Bu hareket zincirleme etkiyle zayıf olan hücrelere doğru kuvvet aktarmaya devam eder ve kasıtlı olarak yerleştirilmiş yumuşak ve sert hücre grupları üzerinden istenilen yöne doğru kuvvet iletimi sağlanabilir.

Metamateryal kavramının tarihi; 19. yüzyılın sonunda, elektromanyetik dalgaları manipüle etmek için suni malzemelerin keşfi ile başladı. Metamateryaller olarak kabul edilecek en eski yapıların bazıları, 1898’de kiral özelliklere sahip maddeleri araştıran Jagadish Chandra Bose tarafından incelendi. Karl Ferdinand Lindman, 20. yüzyılın başında yapay kiral medya olarak metalik sarmallarla dalga etkileşimi üzerine çalıştı. Winston E. Kock, 1940’ların sonlarında meta malzemeler ile benzer özelliklere sahip materyal geliştirdi. 1950’lerde ve 1960’larda yapay dielektrikler hafif mikrodalga antenleri için incelendi. Mikrodalga radar soğutucuları, 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.

3D Yazıcı Teknolojisi ile ilgili konuşurken hep yapay malzemelerden oluşan elastik ve mekanik malzemeleri düşünürüz ancak elektromanyetik metamateryaller de mevcut. Fotonik metamateryaller gibi bazı elektromanyetik metamateryaller ışıkla etkileşir ve negatif bir kırılma indisine sahip olur. Negatif kırılma, malzemenin üzerinde ışığın dışarı doğru bükülmesi veya kırılmasıdır. Bu malzemenin pozitif kırılma indisine sahip olan cam mercek gibi malzemeler, temel farklılıklardan biridir. Bu malzemelerde elektrik ve manyetik alanlar, optik cihazlar ile zıt davranışlar gösterir. Metamateryaller ışık kırma indisi üzerindeki etkisi sayesinde 2006 yılında yapılan ve kısmen çalışan görünmezlik pelerini imalatında kullanılmıştır. Doğada bulunan hiçbir madde ile yapılamayacak deneyler metamateryaller ile yapılabilmektedir.

Metamateryal mekanizmalarının son zamanlarda tasarlanan özellikleri ile elektromanyetik dalgaları bloklaması, sönümlemesi veya kırması yolu ile doğal malzemeler ile yapılanların ötesine geçebilmektedir. Bu sayede, doğal malzemeler ile yapılması uygun olmayan konstrüksiyonların yapılmasına olanak sağlamaktadır.

Metamateryal kullanımı bazı alanlarda ciddi bir şekilde yaygınlaşmaya başlamıştır. Bu alanlardan bazıları medikal cihaz üretimi, elektrik mühendisliği, sensör algılamaları gibi alanlardır. Örneğin; metamateryaller ile geleneksel merceklerin kırılma yüzünden inebildiği minimum çözünürlükten daha iyi çözünürlük elde edilebilir. Bu da ilerleyen zamanda süper lenslerin imalatını başlatacaktır. Bunun dışında; gelen kuvvetleri yönlendirme ve sönümleme etkisi kullanılırsa, metamateryalden yapılmış araca çarpışma sırasında, içerisindeki yolcuya ve araca zarar vermeden kazaları atlatmaya yarayan tampon ve gövde parçaları imal edilebilir.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here