Kutup Ayısı Kılının Yapısından Esinlenilerek Geliştirilen Malzeme ile Termal Kumaş Üretildi

Dave Oxford/ iStock.com

Araştırmacıların lif formunda geliştirdiği malzeme, hafif ve sentetik bir madde olan aerojelden üretildi. Aerojeller, yüksek ısı tutma kapasitesine sahiptir. Bu nedenle aerojellerden yapılan liflerin giyim tekstilinde kullanılabileceği düşünülebilecek olsa da aerojellerden üretilen lifler hassas ve kırılgandır. Aerojel lifler ayrıca yıkama sonrasında ve nemli ortamlarda yalıtım özelliklerini de kaybedebilir.

Araştırmacılar, aerojelden üretilen liflerdeki bu soruna çözüm bulmak için Arktik’teki aşırı soğuktan bile korunabilen kutup ayılarının kıl yapısını inceledi. İnceleme sonucunda kutup ayılarının her bir kılının çekirdeğinde ısının dağılmasını önleyen ve bu canlıları sıcak tutan düzinelerce küçük hava cebinin olduğu keşfedildi. Bu gözenekli yapı, su geçirmez, esnek ve sağlam olan kalın bir dış kabukla çevriliydi.

Kutup ayısı kılı (solda) ile onun yapısına bakılarak geliştirilen aerojel lifin (sağda) kesit görüntüsü

Araştırmacılar kutup ayısı kılının gözenekli iç yapısını taklit eden aerojel lif dizilerini yapmak için dondurarak döndürme olarak adlandırılan bir yöntem kullandılar. Bu yöntem aynı zamanda ipek böceği kozalarından lif üretmek için de kullanılıyor. Kutup ayısı kılındaki dış kabuğu kopyalamak için ise genellikle spor giyim ve ekipmanlarında kullanılan esnek bir malzeme olan termoplastik poliüretandan yararlanıldı. Bunun için aerojel lifi bu malzemeden çok ince bir tabaka ile kaplamaları gerekti.

Aerojel malzemeler normalde hasar görmeden %2'den fazla esneyemez ancak tasarlanan yeni lif, %1000 oranında gerilmede bile eski uzunluğuna geri dönebiliyor. Bu da onun üretilen önceki aerojel liflerden çok daha güçlü ve esnek olduğunu gösteriyor. Lifin yalıtım özellikleri ise uzunluğu 10.000 kez artırıldığında bile korunuyor. Lif ayrıca yapısını veya şeklini suya batırıldığında, kurutulduğunda veya boyandığında değiştirmiyor.

Araştırmacılar geliştirilen aerojel liften bir de kazak ördüler ve bu kazağın ısı yalıtım performansını kuş tüyü bir ceket, yün bir kazak ve uzun kollu pamuklu bir giysi ile karşılaştırdılar.

M. Wu et al./Science

Geliştirilen aerojel liften örülen kazak

Geliştirilen aerojel liften örülen kazak, kuş tüyü ceketin beşte biri kalınlıkta olmasına rağmen tüm giysiler arasında en iyi yalıtım (ısı tutma) performansını gösterdi. Aerojel liflerden örülen kazak çamaşır makinesinde birkaç kez yıkandıktan sonra da yalıtımını yitirmeyerek dayanıklılığını göstermiş oldu.

Araştırmacılar geliştirilen malzemenin gelecekte spor giyim, askeri üniformalar ve uzay kıyafetleri gibi hafif ve dayanıklı olması gereken kıyafetler için kullanılabileceğini, bu sayede kıyafet üretiminde kullanılan hayvan kürküne veya kuş tüyüne ihtiyaç kalmayacağını belirtiyor.

Kaynak:

• Wu, M. ve ark. (2023). Biomimetic, knittable aerogel fiber for thermal insulation textile. Science, Cilt 382, s.1379–1383.
• https://www.nature.com/articles/d41586-023-04145-5