Grafen akıllı membranlar suyu kontrol edebilir mi?

Grafen, grafitin tek katmanlı halidir ve sp2 hibritlenmiş karbon atomlarının oluşturduğu hegzagonal petek kristal örgüsüne sahiptir. Grafenin petek kafesi, sigma bağları ile birbirine bağlanmış iki eşdeğer karbon atomunun alt örgülerinden oluşmaktadır. İki boyutlu yapısından ötürü, grafenin her atomunun bir yüzey atomu olduğunu göstermektedir. Grafen de tıpkı grafit, elmas, karbon nanotüpler ve fulleren gibi temel bir karbon yapısıdır .

 

Manchester Üniversitesi Ulusal Grafen Enstitüsü (NGI) araştırmacıları, grafen oksit membranları üzerinden elektrik akımı göndererek suyun akışını başarılı bir şekilde kontrol ettiler. Membranlar, gerektiğinde suyun tamamen ya da arada bir geçişlerini engellemek için kullanılabilir. Bu araştırma, akıllı membran teknolojilerinin geliştirilmesi için bir fırsat olarak değerlendirilebilir ve yapay biyololojik sistemler, doku mühendisliği ve filtreleme alanında devrim yaratabilir.

Profesör Rahul Nair liderliğindeki ekip, elektriksel olarak yalıtkan olan grafen oksit membran içine iletken filamentleri gömdü. Nano filamentlerden geçirilen elektrik akımı, su moleküllerini iyonize eden büyük bir elektrik alanı yarattı ve böylece membrandaki grafen kılcallar vasıtasıyla suyun taşınmasını kontrol ettiler.

Dış uyaranları kullanarak moleküler nüfuziyetin tam ve geri dönüşümlü olarak kontrolüne izin veren akıllı membranların geliştirilmesi, fizik ve kimyadan yaşambilimlerine kadar birçok bilim alanında ilgi görecektir.

Araştırmacılara göre bu başarı, ana uyaranların elektriksel sinyaller olduğu çeşitli biyolojik proseslere olan benzerliğinden dolayı bir seviye geliştirmesidir. Kontrollü su nakli, böbrek sularının korunması, vücut ısısının düzenlenmesi ve sindirim için bir kilit roldür. Bu nedenle, çeşitli uygulamalar için gelişmiş nano akışkan araçlar ve yapay biyolojik sistemlerin geliştirilmesi için kullanılabilir.

Araştırma grubu daha önceden, grafen oksit memranlarını tuzdan arındırma için deniz suyundan tuzu ayıran bir elek olarak kullanılabileceğini göstermiştir. Geçen yılda, membranların diğer özelliklerini etkilemeden renk pigmentini viskiden çıkarabileceğini göstermişti.

Dr. Kai-Ge Zhou projeyle ilgili şunları söyledi: “Ortaya çıkarılan grafen akıllı membran teknolojisi sadece su akışını kontrol etmekle sınırlı değil. Aynı membran akıllı adsorban veya sünger olarak da kullanılabilir. Membran üzerine absorbe edilebilen su, bir akım uygulandığında çöl koşullarında bile membran içerisinde korunabilir. Suyu aktif hale getirmek istemeniz halinde akımı kapatarak suyu ortaya çıkarabiliriz.”

Kaynak: http://www.materialsforengineering.co.uk/engineering-materials-news/graphene-smart-membranes-can-control-water/176071/

Mikro Ark Oksidasyon (MAO) Nedir?

Mikro ark oksidasyon (MAO) işlemi temel olarak; elektrolitik bir hücre (güç kaynağı, elektrolit banyosu, anot, katot ve soğutma sistemi) kullanılarak gerçekleştirilen ve anodik oksidasyona benzeyen elektrolitik esaslı bir yüzey işlemidir. Genellikle, bazik karakterli elektrolitlerin kullanıldığı işlemde, güç kaynağının pozitif kutbuna (anot) yani oksitlenecek malzeme, negatif kutbuna ise katot olarak kullanılacak malzeme (genellikle paslanmaz çelik) bağlanır ve anot ile katot arasına voltaj ya da akım uygulanması sonucu numune yüzeyinde oksit oluşumu başlar. Bu şekilde numune yüzeyinde oksit tabakası oluşturma işlemine mikro ark oksidasyon (MAO) [plazma elektorlitik oksidasyon (PEO)] denir. Mikro ark oksidasyon işlemi aşağıdaki şekilde verilmiştir.

 

Şekil. Mikro ark oksidasyon işlemi

Paslanmaz çelik kap içindeki sulu çözelti içerisinde homojenliği sağlamak üzere karıştırıcı kullanılmaktadır. Metal yüzeyinde plazma oluşumu nedeniyle sulu çözeltideki sıcaklık artışlarını azaltmak için soğutma suyu çift cidarlı tank içerisinden dolaştırılarak sistemin daima optimum sıcaklıkta çalışması sağlanmaktadır. Eğer sıcaklık artışlarını önlemek için direkt olarak çözeltinin ayrı bir soğutma ünitesinden geçirilmesi düşünülürse filtreleme işlemi yapılmak zorundadır. İşlemin başlangıcında, numune yüzeyi, anodik oksidasyonda olduğu gibi oksitlenmeye başlarken, uygulanan voltaj kritik bir değeri (bozunum voltajı) aştığında, malzeme yüzeyinde ark oluşumu ile birlikte mikro ark oksidasyon süreci de başlamaktadır.

Mikro ark oksidasyon birçok isimle anılmaktadır. Bunlar: kıvılcımlı anodik oksidasyon, anodik kıvılcımlı biriktirme, mikro ark anodik oksidasyon, mikro plazma anodik oksidasyon, mikro plazma oksidasyon, plazma elektrolitik oksidasyon ve elektroplazma oksidasyon sayılabilir.