Fotoğraf: Elektrokromik malzemelerde renk değişimi. Kaynak: Vera Hiendl, e-conversion / LMU
Akıllı cam, rengini elektrikle hızlı bir şekilde değiştirebilir. Münih Ludwig Maximilian Üniversitesi (LMU) kimyagerleri tarafından geliştirilen yeni bir malzeme böyle bir değişiklik için hız rekoru kırdı.
Diyelim ki gece otoyolda araba kullanırken yağmur yağıyor ve arkanızdaki arabanın parlak farları göz kamaştırıyor. Böyle bir durumda otomatik olarak karartılmış bir dikiz aynasına sahip olmak ne kadar uygun? Teknik olarak, bu yarar elektrokromik malzemelere dayanmaktadır. Bir voltaj uygulandığında, ışık emilimi ve rengi değişir. Bir ışık sensörü tarafından kontrol edilen dikiz aynası, böylece göz kamaştırıcı ışığı filtreleyebilir.
Son zamanlarda, uzmanlar, var olan inorganik elektrokromik malzemelere ek olarak, yeni nesil yüksek dereceli kafes yapılarının da bu özellikle donatılabileceğini keşfettiler: kovalent organik çerçeveler, kısaca COFs (Covalent Organics Frameworks). Bunlar, uygun kombinasyonlarda kristal ve nano gözenekli ağlar oluşturan sentetik olarak üretilen organik yapı taşlarından oluşur. Renk değişimi, malzemenin oksidasyonuna veya indirgenmesine neden olan bir elektrik voltajı ile tetiklenebilir.
Modüler Yapı Prensibi
Thomas Bein (Fiziksel kimya, LMU Münih, Excellence e-conversion konuşmacısı) liderliğindeki LMU ekibi, anahtarlama hızları ve renklendirme verimliliği inorganik bileşiklerden çok daha yüksek olan COF yapıları geliştirdi. Moleküler yapı taşları değiştirilerek malzeme özellikleri geniş bir aralıkta ayarlanabildiğinden kovalent organik çerçeveler caziptir. LMU Münih ve Cambridge Üniversitesindeki bilim insanları, ideal olan kovalent organik çerçeveleri tasarlamak için bu özellikten yararlandılar.
Thomas Bein ekibinin baş yazarı ve PhD öğrencisi Derya Bessinger, “COF’lerin modüler yapı prensibini kullandık ve özel bir thienoisoindigo molekülü ile amaçlarımız için mükemmel bir yapı taşı tasarladık” diyor. Kovalent organik çerçeve içine dahil edilen yeni bileşen, COF özelliklerini ne kadar güçlü bir şekilde geliştirebileceğini gösterir.
Bessinger, “örneğin, yeni malzeme ile sadece daha kısa dalga boyundaki UV ışığını veya görünür spektrumun küçük kısımlarını absorbe etmekle kalmıyor, aynı zamanda yakın Kızılötesi spektral bölgelere de fotoaktivite sağlıyoruz” diyor.
Aynı zamanda, yeni COF yapıları elektrokimyasal oksidasyona karşı çok daha hassastır. Bu, uygulanan düşük bir voltajın bile tamamen tersine çevrilebilir olan COFlerin renk değişimini tetiklemek için yeterli olduğu anlamına gelir. Ek olarak, bu çok yüksek bir hızda gerçekleşir: Oksidasyonla tam ve belirgin bir renk değişikliği için yanıt süresi yaklaşık 0,38 saniye iken, başlangıç durumuna geri dönüş sadece yaklaşık 0,2 saniye sürer. Bu, ekibin elektrokromik organik çerçevelerini dünyanın en hızlı ve en verimli yapılarından biri haline getirir.
Uzun Vadeli Testlerde Çok Yüksek Stabilite
Yüksek hızdan özellikle iki şey sorumludur: COF’lerin iletken çerçeve yapısı, kafeste hızlı elektron taşınmasını sağlar. Optimize edilmiş gözenek boyutu sayesinde ise çevreleyen elektrolit çözeltisi her köşeye hızlı bir şekilde ulaşabilir. Oksitlenmiş COF yapısında üretilen pozitif yükün, negatif elektrolit iyonları tarafından hızlı bir şekilde telafi edilmesi gerektiğinden, bu önemlidir. Son olarak e-dönüşüm kümesinin bir parçası olan Münih bilim insanlarının ürünü, çok yüksek bir stabiliteye sahiptir. Uzun vadeli testler, malzemenin oksidasyon-indirgeme döngüsünden sonra bile performansını koruyabildiğini gösterdi.
Bu temel bulgularla yayın, yeni bir yüksek performanslı elektrokromik kaplama sınıfının geliştirilmesine yardım edecek. Bunun için bariz talep, tüm bina cepheleri için değiştirilebilir güneş koruma ve gizlilik kalkanı pencereleri gibi “akıllı cam”ın mevcut uygulamalarıdır.
Kaynak: monash.pw
Kez Okundu
California Üniversitesi, Berkeley araştırmacıları isteğe göre şekil değiştiren yapay deri ürettiler. Bukalemun gibi renkten renge giren süper ince silikon deri “aktif kamuflaj” çağını başlatıyor.
Artık deri ceketlerle ayakkabılar modaya göre renk ve desen değiştirecek, bukalemun deriden üretilen giysilerin modası geçmeyecek. Yapay deri sayesinde asker kamuflajları da renk değiştirerek her türlü ortama uyum sağlayacak. Ancak bukalemun teknolojisi modayla sınırlı değil.
Geleceğin az elektrik tüketen esnek ekranları, renk değiştiren mobilyalar ve uçaklarda metal yorgunluğunu tespit eden akıllı sensörler de bukalemun deri türevlerinden üretilecek. Bu sensörler depremde hasar gören binaları ve köprüleri tespit etmeyi kolaylaştıracak.
Boya yerine yansıtıcı yüzeyler
Esnek bukalemun deri renk değiştirme özelliğini silikon film üzerine kazınan ve sadece belli bazı renkleri yansıtan mikroskobik çizgilere borçlu:
Yol kenarındaki bariyerleri sürücülere göstermek için kullanılan kedigözü plastikler ve kadın çantalarını süsleyen renkli pullar gibi ışığı yansıtan mikro çizgilerle kaplı bukalemun deriyi iki ucundan tutup kıvırdığınız zaman renk değiştirmesini sağlıyorsunuz.
Aktif kamuflaja izin veren deri bükülüp kıvrıldığında yüzeyindeki çizgilerin açısı değişiyor ve örneğin kırmızı ışığı yansıtmak yerine maviyi yansıtarak derinin renk değiştirmesini sağlıyor. Boya yerine yansıtıcı mikro yüzeyler kullanan bukalemun deri bu şekilde farklı desenler üretiyor.
Nasıl üretildi?
Araştırmacılar bukalemun deriyi yaratmak için önce süper ince bir silikon film ürettiler, ardından bu deriye insan saçından ince olan binlerce çizik attılar. Her çizik belirli bir dalga boyundan küçüktü ve o dalga boyuna karşılık gelen ışık ışınlarını (örneğin turuncuyu) insan gözüne ayna gibi yansıtıyordu.
İşin sırrı da burada yatıyor: Yapay derinin üzerinde farklı kalınlıkta birçok çizgi olduğu için bu malzeme ihtiyaca göre gökkuşağının bütün renklerini yansıtarak renk ve desen değiştirebiliyor.
Doğada kelebek kanatları bu tekniği kullanıyor. Kelebek kanatları bazı renkleri emen ve bazılarını yansıtan mikro pullar içeriyor. Bu renkli pullar yansıtıcı özellikleri sayesinde standart boyalardan çok daha parlak ve canlı renkler üretebiliyor.
Saçlara renk geliyor
Modacılar şimdiden bukalemun deri teknolojisine göz dikti. Çünkü işin içinde modaya göre renk değiştiren kıyafetler üretmek var. Modası geçen giysilerin tekrar tekrar kullanılmasına imkan veren bu teknoloji her yıl yeni kıyafetler satmak isteyen konfeksiyoncuların işine gelmeyebilir, ama renk değiştiren giysiler kendi moda akımını başlatacak gibi görünüyor.
Bilim adamları bukalemun teknolojisini ileriki yıllarda daha da geliştirerek giyilen kıyafete, hatta ortam ışığına göre renk değiştiren rujlar, ojeler ve saç boyaları üretmeyi planlıyor. Örneğin, kelebek kanadından esinlenen renkli pullar daha ince tonlarda saç boyası üretilmesini sağlayarak bu basit reklam sloganına net gerçeklik kazandıracak.
Bukalemun deri nasıl çalışıyor?
California Üniversitesi, Berkeley’den Connie J. Chang-Hasnain, “Dünyada ilk kez sadece eğip büktüğünüz zaman renk değiştiren bir bukalemun deri ürettik” diyor. Peki, bukalemun deri renkten renge girmeyi nasıl başarıyor? Elbette optik biliminden yararlanarak:
Telefon ekranındaki Instagram fotoğraflarında, tablolarda, giysilerde, hatta çıplak tenimizde gördüğümüz renkler sıvı kristaller, boyalar, pigmentler ve kedigözü gibi yansıtıcı materyallerle üretiliyor. Örneğin kırmızı çanta, kırmızı ışık dışındaki renkleri emerken kırmızıyı yansıtıyor.
Temelde kısa dalga boylu ışık ışınları mavi renge ve morötesine kayarken, uzun dalga boylu ışınlar da kırmızı ve kızılötesine doğru kayıyor. Gökkuşağı renklerine karşılık gelen bu tayfın ortasında ise sarı, yeşil ve diğer renkler yer alıyor.
Işığın yüzde 83’nü yansıtıyor
Bukalemun deri pigment ve boya kullanmıyor. Bunun yerine sadece belirli dalga boylarını yansıtan mikroskobik aynalara karşılık gelen süper ince çiziklerden yararlanıyor.
Yapay deriyi oluşturan nanometre kalınlığındaki silikon film üzerinde bulunan çizikler sadece belirli renkleri yansıtıyor. Ancak deri esneyip büküldükçe çiziklerin açısı değişiyor. Kırmızıyı yansıtan çizgiler gölgede kalırken maviyi yansıtan çizikler açığa çıkıyor ve derinin maviye bürünmesini sağlıyor.
Bukalemun deri ışığın yüzde 83’nü yansıtarak en parlak ve canlı renklerin üretilmesine izin veriyor. Ancak pastel renkleri de büyük kolaylıkla üretiyor: Bükülen deriyi kaplayan çiziklerin arasındaki mesafenin değişmesi, çiziklerin açısına ince ayar yapar yaparak koyu yeşil gibi renk tonlarını da üretiyor.
Normalde çiziklerin arasında 25 nanometre mesafe bulunuyor ama eğilip bükülme sırasında bu mesafe daralıyor. Bukalemun deriyi oluşturan silikon filmde daha ince ve birbirine daha yakın çizikler açarak yapay derinin renk ve desen çözünürlüğünü yükseltmek mümkün.
Bu daha başlangıç
Bukalemun derinin prototip haliyle modaya göre renk değiştiren ceketlerde kullanılması pek mümkün değil. Çünkü ceket vücutta kıvrıldıkça rastgele renklere bürünecek. Bu tür değişken ceketler de bir gün moda olabilir, ama asıl marifet istediğimiz zaman istediğimiz renge giren bukalemun deriler üretmek.
Gelecekte bu da mümkün olacak. Bilim adamları deriye düşük voltajlı elektrik akımı verildiği zaman yüzeyindeki mikro pulların, hatta moleküllerin yer değiştireceği materyaller geliştiriyor. Bu tür akıllı boyalar kumaş ve deride renk değiştirerek hep moda olan ilk giysilerin satışa sürülmesini sağlayacak.
Bukalemun deri teknolojisiyle üretilen ve renkten renge giren otomobiller, duvarlar, dış cephe kaplamaları, mobilyalar ve halılar büyük gelecek vaat ediyor. Ancak konfor, üretim, sanat ve moda bu sayede yeni bir boyut kazanırken endüstriyel tasarımcılar için zor bir dönem başlıyor.
Bugüne kadar satın aldığımız mobilyalarla giysiler renk ve desen değiştirmiyordu. Oysa bukalemun deri, 4B printerda basılan ve vücuda göre şekil değiştiren elbiselerde olduğu gibi dinamik tasarım dönemini başlatıyor. Şekil, renk ve desen değiştiren ürünlerin rekabetinde hangi markaların öne çıkacağı merakla bekleniyor.
BeğenYükleniyor
Etiketler:artificial skin, bukalemun, camo, camouflage, chameleon, colors, deri, fashion, kamuflaj, kozmetik, moda, tasarım, teknoloji, üretim
Renk değiştiren hayvanlarının bir kısmı avcı bir kısmı da av olan hayvanlardır.
Hangi Hayvanlar Renk Değiştirir?
1) Bukalemun
Bukalemun renk değiştiren hayvanlar denilince akla ilk gelen hayvanlardan bir tanesidir. Bukalemunlar sürüngeller familyasına mensuptur. Bukalemunların Latince ismi ise Chamaeleoniidae'dir. Bukalemunlar bulunduğu bölgenin hızlı bir şekilde rengini alır. Omurgalı hayvanlardan olan bukalemunlar kertenkelelerden farkı vardır. Iguanalar sınıfına mensup olan bukalemun ismi Arapça'dan gelmektedir.
2) Altın Kaplumbağa Böceği
Altın kaplumbağa böceği de renk değiştiren hayvanlardan bir tanesidir. Altın kaplumbağa böceği doğanın en ilginç hayvanlarından bir tanesidir. Bulunduğu çevrenin rengini alarak av olmaktan çıkar ve diğer hayvanlar tarafından farkedilmeden yaşayabilirler.
3) Pasifik Ağaç Kurbağası
Kuzey Amerika'da yaşayan pasifik ağaç kurbağası ayaklarında pedleri olan bir hayvan türüdür. Vahşi hayvanlara karşı da oldukça koruma sağlayan pasifik ağaç kurbağası bulunduğu bölgenin rengini alarak kamufle olurlar.
Renk Değiştiren Hayvanların İsimleri
1) Denizatı
Deniz içerisinde yaşayan bir hayvandır. Denizatı hayvanının Latince ismi ise Hippocampus olarak bilinmektedir. Denizde hızlı bir şekilde kamufle olmaktadırlar. Denizatı sinir sistemini ve hormonlarını da kullanarak rengini değiştirmektedirler.
2) Mürekkep Balığı
Denizde en çok görülen hayvanlardan bir tanesidir. Kafadanbacaklılar ailesine mensuptur. Mürekkep balığı yumuşakçalar arasında yer almaktadır. Latince ismi Cephalopoda olan bu hayvanlar renk değiştirebilen hayvanlardandır. Boyları ortalama 50 ila 60 santimetre arasında değişmektedir. Mürekkep balığı yırtıcı olan hayvanlar arasında yer almaktadır.
MIT’nin 2 yıl önce duyurduğu PhotoChromeleon projesi oldukça ses getirmişti. Bu sistem, ışığa maruz kaldığında renk değiştiren yeniden programlanabilir bir mürekkeple çalışıyordu. Sistem için hazırlanan dijital arayüz, kullanıcıların seçtikleri veya yarattıkları bir deseni projeksiyonla nesnenin 3B modeline uygulamalarına imkan tanıyordu. Kullanıcı bir tasarımı o nesneden silmek için nesneyi ultraviyole ışığa maruz bırakıyordu. MIT’nin Bilgisayar Bilimi ve Yapay Zeka Laboratuvarı (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory/CSAIL) bu projeyi günlük yaşama adapte olabilecek şekilde biraz daha geliştirdi ve bu defa ChromoUpdate adlı yeni bir versiyonla karşımıza çıktı.
Bir ürünü satın aldığımızda hangi renkteyse genellikle ömrünü de o renkle tamamlıyor. Elbette boyanabilir bir nesneyse ve biz onu boyamak için zaman / bütçe ayırabiliyorsak rengi değişebilir. Ama bunun dışında çoğu elektronik cihazdan giyeceklere hep aynı renkte kullanmak zorunda kalırız. İşte ChromoUpdate, endüstrideki bu durumu değiştirmeyi amaçlıyor. Bir ürün için kalıcı bir renk değil programlanmış geçici bir görünüm kazandırıyor. Geliştirilen ışığa duyarlı boya, hemen hemen her şeyin rengini ve desenini güncellemeyi ucuz, kolay ve hızlı hale getiriyor. Kullanıcının bu boyayı kullanırken ihtiyacı olan tek şey özel bir ışık kutusu ve birkaç dakika beklemek.
ChromoUpdate’in çalışma sistemi oldukça basit. Boya bir ürüne uygulanıyor. Belirli ışık frekanslarına maruz kaldığında, gizli pigmentleri açığa çıkıyor. Boya ultraviyole ışığa maruz kaldığında boya siyaha dönüyor.
Ultraviyole ışık sadece 60 saniye içinde yüksek çözünürlüklü doğrulukla, boyanın yüzeyinde (basılı sözcüklerden dağlık manzaralara kadar her şey) karmaşık bir gri tonlamalı desen oluşturabiliyor. Elbette desenler UV ışıktan sonra da kalıcı ve görünür oluyor.
Sisteme renk eklemek de mümkün. Teknik olarak, MIT’nin boyası CMY (camgöbeği, macenta ve sarı) olarak mevcut ve bunlar karıştırılabiliyor. Renkleri etkinleştirmek için boyaya RGB (kırmızı, yeşil, mavi) ışık yansıtılabiliyor. Böylece istenen renk ışıkla sabitlenebiliyor. Süre de tasarımdaki gerçek renklere göre değişiyor. Şu anda renkli bir deseni yaratmak en az 10 dakika sürebiliyor.
MIT doktora sonrası araştırmacısı ve projenin baş araştırmacısı Michael Wessely, bu renklendirme sistemi sayesinde tasarımcıların ürünleri hızlı bir şekilde test edebileceklerini, renkleri ve desenleri dakikalar içinde değiştirebileceklerini vurguluyor. Daha geniş anlamda, Wessely, temelde verileri günlük nesnelere hızla yansıtmanın, evinizde daha fazla ekran kullanılmadan eşyaları daha akıllı hale getirebileceğini öngörüyor. Araştırma ekibi testlerinde bir kahve kupasına metin ve resim basmış. Her gün, programınızı kupanıza yazdırabileceğinizi ve bir sonraki toplantınızın ne zaman olacağını kahvenize baktığınızda görebileceğinizi hayal edin. İşte ChromoUpdate ile ulaşılmak istenen asıl nokta bu.
ChromoUpdate’in bir ürün olarak piyasaya sürülmesine daha çok var. Örneğin UV ışığı insan cildiyle temas ettiğinde tehlikeli olabilir, bu nedenle MITnin araştırması, projektörü saklamak için özel bir UV ışık kutusu kullanmaya dayanıyor. Bu da temel olarak, herkesin evde küçük, güvenli bir aydınlatma teçhizatına sahip olmasını gerektiriyor. Bu pahalı ve hantal bir çözüm olduğundan talep görmeyecektir. Bu nedenle ekip sistemi geliştirmek ve daha pratik hale getirmek üzere çalışmalarını sürdürecek.
Diğer bir konu ise tasarımların zamanla solması riski taşıması. Çünkü nesneler UV ışığa istem dışı olarak maruz kalabilir. Wessely, boyanın kontrastını ve renklerini, muhtemelen güneş ışığından (ve UV ışınlarından) uzakta olduğunuz bir ofis ortamında yaklaşık iki gün koruyabileceğini öne sürüyor. Boyanmış nesneyi dışarıda kullanmak, zaman aralığını önemli ölçüde kısaltıyor. Bu nedenle henüz geniş kitlelerce tercih edilecek bir ürüne ulaşılmış değil.