Friday, Jul 10th

Last updateThu, 09 Jul 2020 10am

You are here: Home Makale Işığa Duyarlı Şekil Hafızalı Polimerler
Koronavirüs salgını plastik sektörünü minimum 5 yıl geriletecek

Koronavirüs salgını plastik sektörünü minimum 5 yıl geriletecek

Tüm dünyayı etkisi altına alan, sosyal ve ekonomik hayatı durma noktasına getire...

Koronavirüsle mücadelede Yıldız Teknopark liderliği

Koronavirüsle mücadelede Yıldız Teknopark liderliği

Yıldız Teknopark, Covid-19’a karşı mücadelede önemli bir inovasyon merkezi halin...

Yerli solunum cihazına, yerli sızdırmazlık

Yerli solunum cihazına, yerli sızdırmazlık

Koronavirüs salgını ile birlikte giderek daha çok ihtiyaç duyulan yerli yoğun ba...

Thyssenkrupp, Köksan için ikinci PET tesisini kuracak

Thyssenkrupp, Köksan için ikinci PET tesisini kuracak

Köksan PET üretim tesisini Alman Thyssenkrupp işbirliği ile genişletme kararı al...

Uzmanlar sağlık için tek kullanımlık poşet öneriyor

Uzmanlar sağlık için tek kullanımlık poşet öneriyor

Yalova Üniversitesi Polimer Mühendisliği Bölümü Başkanı Prof. Dr. Mustafa Öksüz,...

Işığa Duyarlı Şekil Hafızalı Polimerler

Özet

Işığa duyarlı şekil hafızalı polimerler (IDŞHP), ışık etkisi ile makroskobik özelliklerini değiştirebilen ve uyarıcı etki ortadan kaldırıldığında geçici şeklinden kalıcı şekline dönebilen akıllı polimerlerdir. Bu çalışmada ışığa duyarlı şekil hafızalı polimerlerin temel özellikleri ve uygulamaları ele alınmıştır.

1.Giriş

Işığa duyarlı akıllı polimerler, ışık etkisine farklı şekillerde yanıt veren yapılardır. Son zamanlarda en çok çalışılan konulardan birisi olan IDŞHP’nin genellikle akıllı yüzeyler, sensörler, aktüatörler gibi alanlardaki kullanılabilirliği üzerine çalışmalar yapılmaktadır. 

2.Işığa duyarlı şekil hafızalı polimerler

Işığa karşı duyarlı olan ŞHP ışık etkisi altındaki şekil değiştirme mekanizmaları Şekil 1’de gösterilmektedir. Buradan da görüldüğü gibi, uygun bir dalga boyundaki ışığa maruz kalan polimer şekil değiştirmekte, bu etki ortadan kalktığında ise eski haline dönmektedir. 

Şekil 1. Işığa karşı duyarlı ŞHP [1]

 

Işığa karşı duyarlı olan ŞHP’lerin moleküler mekanizması daha ayrıntılı olarak Şekil 2’de görülmektedir. İlk durumda serbest halde bulunan polimer belli bir gerilime maruz bırakılmakta (a), daha sonra belli dalga boyundaki (λA) ışımaya maruz bırakılmaktadır. Bu adıma ışık altında sabitleme denilmektedir (b). Daha sonra gerilim uzaklaştırılmakta ve polimer geçici şeklinde kalmaktadır (c). Eğer başka bir dalga boyunda ışımaya (λB) maruz kalırsa, polimer orijinal şekline geri dönmektedir [1-5].

 

Şekil 2. Işığa karşı duyarlı ŞHP’lerin moleküler mekanizması [1]

Işığa duyarlı şekil hafızalı polimerler, yapıya tersinir fotoreaktif anahtar grupların yapıya ilave edilmesi ile elde edilmektedir. Uygun bir dalga boyundaki ışık ile ışığa duyarlı gruplar arasındaki etkileşim ile katılma reaksiyonu gerçekleşmekte ve bunun sonunda yeni bir yapı elde edilmektedir. Farklı dalga boylarındaki ışığa maruz kalma durumunda yeni oluşan bağların ayrılması da gözlenebilmektedir. Işığaduyarlı ŞHP’ lerde farklı dalga boylarında ışığın geçici şeklin oluşturulması ve orijinal şekle dönmesi için kullanılmaktadır. Bu tür polimerler, malzemenin çeşitli asit veya azo bileşenleri ile fonksiyonlaştırılmasıyla elde edilmektedir [1-5]. 

Azobenzen belli dalga boyundaki ışığa çok hızlı tepki gösterdiği için çok tercih edilmektedir. Azobenzene, iki fenil halkasını birleştiren azo bağları (−N=N−) içeren iki aromatik halkadan oluşmaktadır. Aromatik halkanın farklı gruplarla değiştirilmesi ile elektron alıp-verme, dolayısıyla ışığa karşı tepkileri değişen yapılar elde edilebilmektedir. Bu grupta yer alan yapıların foto kimyasal özellikleri çok önemlidir. Özellikle π-kongüge yapısı yani ışığın (UV ve/veya görünür ışık) absorbsiyon edilme derecesidir. Azobenzen ve türevleri oldukça rijit bir yapıya sahiptir ve uygun ışıma altında kolay ve hızlı bir şekilde foto izomerizasyon davranışı gösterebilir [1-5]. 

 

Şekil 3. Azobenzenin trans-cisizomerizasyonu [1]

Azo benzenler Şekil3’den de görüldüğü gibi, iki izomerik konfigürasyona sahiptir. Isıl olarak stabil olduğu transformu ve yarı stabil olduğu cis formu.  UV ışını altında trans azo benzene kolayca cis formuna dönüşebilmekte, bu da molekülün boyutunu küçültmektedir. 9A° olan mesafe 5.5 A°’a düşmektedir. UV kaynağı kapatıldığında azobenzen daha kararlı olan transformuna dönüşmekte ve bu sayede polimer eski haline dönmektedir. Bu fotokimyasal etki birçok sistemde kullanılabilmektedir. [1-5]

 

Şekil 4. Tersinir davranışını gösteren model [3]

Benzer şekilde moleküler seviyede (C6H5CHCHCO2H) gibi ışığa duyarlı anahtar görevi gören moleküllerin eklenmesi ile elde edilen yapı, uygun bir dalga boyundaki ışımaya (> 260 nm) maruz bırakıldığında polimerin yapısında bulunan ışığa duyarlı fonksiyonel gruplar, fotokimyasal reaksiyona girmekte birbiriyle kovalent çapraz bağlar yapmakta ve farklı bir yapının meydana gelmesini sağlamaktadır (Şekil 4) [3-5]. Işığaduyarlı ŞHP moleküler düzeyde iki bileşenden oluşmaktadır bunlar moleküler anahtar grupları ve birbirine girmiş polimer zincirleridir. Işığa maruz kalan iki molekül anahtarı Şekil4’den de görüldüğü gibi, çapraz bağlanma sonucunda iki segment bulunan halkalı bir yapı oluşturmaktadır. Programlama esnasında, polimer gerilim altında dalga boyu 260 nm’den büyük olan ( λ> 260 nm) olan bir ultraviyole ışığa maruz bırakılmakta, böylece gergin halde yeni kovalent bağlar oluşturulmaktadır. Daha sonra λ <260 nm olan ışımalarda oluşan kovalent bağlar ayrılmakta ve kalıcı şekil geri kazanılabilmektedir [3-5].

Işığa duyarlı gruplar aşılama yolu ve birbiri içine girmiş ağlar olmak üzere iki farklı şekilde polimerik ağ yapısına dahil edilebilmektedir. Aşılma yolu ile elde edilen ŞHP için, foto-tersinir kovalent çapraz bağlar moleküler anahtarlanma aracılığıyla oluşturulmuş ve aşılama ile yapıya dahil edilmiştir. Birbiri içine girmiş ağ yapısına sahip ışığa duyarlı ŞHP için, polimer ağında birbiri içine girmişfoto – tersinir kovalent çapraz bağlantılar içeren moleküler anahtarlar aracılığıyla oluşturulmaktadır. Her iki durumda da kalıcı şekil amorf yapıdaki ağın segmentlerini çapraz bağlanmasını sağlayan kalıcı ağ noktaları tarafından belirlenmektedir [2-5].

Bu yapıların yanında son yıllarda yapılan çalışmalar daha çok anizotropik ŞHP’ler üzerine yoğunlaşmaktadır. Işığa karşı hassas olan bu yapılar belli bir doğrultuda, seçimli bir şekilde şekil değiştirmektedirler. Bunlara örnek likit kristal elastomer esaslı polimerler örnek olarak verilebilmektedir. Ikeda ve arkadaşları, yaptıkları çalışmada likit kristal polimerler kullanmışlar ve çapraz bağlanma yoğunluğunun malzemenin bükülme davranışına olan etkisini incelemişlerdir. Yapılan çalışma sonunda çapraz bağ yoğunluğunun artması ile yapıda bulunan azobenzen grupları daha iyi bir şekilde düzenlenmiş ve UV ışımasına maruz kalan polimerlerde meydana gelen % çekme oranı artmıştır [2-5]. Bunun gibi farklı fonksiyonel grup içeren ve amorf semi-kristalin ve likit kristal elastomer yapıdaki polimerler ve kopolimerler farklı çapraz bağ yoğunluklarına bağlı olarak farklı tepkiler verebilmektedir. 

Sonuç

Işığa duyarlı şekil hafızalı polimerler, sahip olduğu şeklini hafızasında koruyarak, geçici olarak deforme olmuş şeklinden ışık etkisiyle kontrollü bir biçimde orijinal şekline dönebilen akıllı malzemelerdir.  IDŞHP’ler henüz Ar-Ge aşamasında olup yapılan çalışmalar genellikle biyolojik ve mekanik uygulamalara yöneliktir ve akıllı lifler ve lifsi yapılar, akıllı yüzeyler, sensörler, aktüatörler, akıllı enjekte edilebilen jeller gibi alanlardadır.

Kaynaklar

1. Danish Iqbal, Muhammad Haris Samiullah, Photo-Responsive Shape-Memory and Shape-Changing Liquid-Crystal Polymer Networks, Materials 2013, 6, 116-142 

2. Yu, Y.L.; Nakano, M.; Ikeda, T. Directed bending of a polymer film by light -Miniaturizing a simple photomechanical system could expand its range of applications. Nature 2003, 425, 145–145

3. Jiang, H. Y., Kelch, S., &Lendlein, a. (2006). Polymers Move in Response to Light. Advanced Materials, 18(11), 1471–1475. 

4. Lendlein, A., Jiang, H., Jünger, O., & Langer, R. (2005). Light-induced shape-memory polymers. Nature, 434(7035), 879-882.

5. Yu, Y.L.; Nakano, M.; Ikeda, T. Photoinduced bending and unbending behavior of liquidcrystalline gels and elastomers. Pure Appl. Chem. 2004, 76, 1467–1477.

Kübra KARABACAK, İrem Nehir UYSAL, Hatice Aylin KARAHAN TOPRAKÇI

Yalova Üniversitesi Polimer Mühendisliği Bölümü

TEKNOLOJİ / TECHNOLOGY

Setting
Otomotiv sektörü insan-robot işbirliği ile geleceğe hazır

Otomotiv sektörü insan-robot işbirliği ile geleceğe hazır

Monday, 08 June 2020

FANUC otomotiv endüstrisinde kullanılmak üzere üre...

Readmore

Inovenso’nun tasarladığı cihaz ile maskeler virüse karşı daha etkili

Inovenso’nun tasarladığı cihaz ile maskeler virüse karşı daha etkili

Monday, 08 June 2020

Yıldız Teknopark bünyesinde faaliyet gösteren Inov...

Readmore

ÜRÜN / PRODUCTS

Setting
Yenilebilir antiviral korona bariyeri ihracata değer katacak

Yenilebilir antiviral korona bariyeri ihracata değer katacak

Monday, 08 June 2020

Koronavirüs günlerinde yapılan alışverişten tüketi...

Readmore

Ferge Mühendislik uzun ömürlü ve fonksiyonel yüz siperliği geliştirdi

Ferge Mühendislik uzun ömürlü ve fonksiyonel yüz siperliği geliştirdi

Monday, 08 June 2020

Tüm dünyayı etkisi altına alan koronavirüs salgını...

Readmore

Halıcı Group tesislerdeki sorunları ortadan kaldırıyor

Halıcı Group tesislerdeki sorunları ortadan kaldırıyor

Monday, 08 June 2020

Otomasyon, yazılım, robotik, elektrik ve elektroni...

Readmore

MAKALE / ARTICLE

Setting
Enjeksiyon Kalıplama Yöntemi ile Üretilen Plastik Parçaların Maliyetine Etki Eden Faktörler

Enjeksiyon Kalıplama Yöntemi ile Üretilen Plastik Parçaların Maliyetine Etki Eden Faktörler

Tuesday, 12 May 2020

Özet

Ürünün fonksiyonunun, temel özelliklerinin ve ...

Readmore

Sanayi Kuruluşlarında ERP ve PLM Entegrasyonu

Sanayi Kuruluşlarında ERP ve PLM Entegrasyonu

Monday, 08 June 2020

Günümüzde üretim yapan şirketlerin rekabeti koruma...

Readmore

Enjeksiyonla Kalıplama Prosesinde Kayıpların Azaltılması İçin Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar

Enjeksiyonla Kalıplama Prosesinde Kayıpların Azaltılması İçin Dikkat Edilmesi Gereken Hususlar

Tuesday, 09 June 2020

Özet

Uzun yıllardır kullanılan enjeksiyon ile kalıp...

Readmore

RÖPORTAJ / INTERVIEW

Setting
Plastik işleme ve hammadde sektörünün ihale portalı Pi Dünya

Plastik işleme ve hammadde sektörünün ihale portalı Pi Dünya

Monday, 09 December 2019


Yağmur Fuarcılık Genel Koordinatörü Sayın Berivan ...

Readmore

Kalıp değiştirme sürecinin her adımına yönelik Stäubli çözümleri

Kalıp değiştirme sürecinin her adımına yönelik Stäubli çözümleri

Monday, 11 May 2020

Konnektörler, Robotik ve Tekstil olmak üzere üç fa...

Readmore

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı

Reklam Alanı