Su Geçirmeyen Akıllı Yüzeyler | Sektörüm Dergisi

Kimi zaman su bir yüzeye çarptığında eşit olarak yayılır, kimi zaman ufak damlacıklar halinde toplanır.

İnsanlar bu farklılıkları eski zamanlardan beri fark etseler de, bu özelliklerin daha iyi anlaşılması ve bu tarz şeyleri denetim etmenin yeni yolları mühim yeni uygulamalar getirebilir.

Son zamanlarda çoğunlukla gördüğümüz nano teknolojik ürünlerden olan su geçirmeyen ya da sıvının aslolan yüzeye temas etmesini önleyen ürünler, Süper Hidrofobik kaplamayla üretilmektedir.

Gelecek yıllarda kullanım alanı daha da genişleyeceği ve bu tür ürünlerin Ar-Ge mevzusunda hassasiyetlerin artacağını ön görülmektedir.

Bu ürünlerin üretiminde şimdiden yatırım meydana getirecek firmalar, ileriki zamanlarda ciddi kazanım sağlayacağı aşikârdır.

Hidrofobik ifadesi; “su” anlamına gelen Yunanca “hydro” ve “korku” anlamına gelen “phobos” kelimelerinden oluşur ve “sudan korkan” ya da “suyu sevmeyen” şeklinde Türkçeye çevrilebilir.

Hidrofilik ifadesi; Yunanca “philia” kelimesi ise “arkadaşlık”, “sevgi” anlamına gelir ve hidrofilik “suyla dost” ya da “suyu seven” şeklinde Türkçeye çevrilebilir.

Fotoğraf-1’de; Hidrofobik kaplamalı ve Hidrofilik kaplamalı ürünlerde, sıvının (suyun) iyi mi bir biçim aldığını görebiliriz.

SüperHidrofobik ifadesi “sudan nefret eden” ve SüperHidrofilik ifadesi “suyu oldukca seven” anlama gelir.

Bir yüzeyin hidrofobik mi yoksa hidrofilik mi olduğu su damlacığının bir yüzey üstünde ne kadar yayıldığına bağlıdır ve su damlacığı ve yüzey arasındaki temas açısı ile ölçülebilir.

Fotoğraf-2’de görüleceği şeklinde; Temas açısı 90 dereceden (>90°) büyük yüzeyler hidrofobiktir. Bu tür yüzeyler üstünde su damlacıkları yayılmaz, damlacık şeklinde kalır. Temas açısı 90 dereceden (<90°) ufak yüzeyler hidrofiliktir. Bu tür yüzeyler üstünde su benzeşik şekilde yayılır, damlacık şeklinde kalmaz. SüperHidrofobik yüzeylerin su damlacıkları ile temas açısı 150 derecenin (>150°) üzerindedir.

Ana fonksiyonu yüzeyi suya karşı korumak ve gelen suyu olduğu şeklinde yansıtarak yüzeyden uzaklaştıran nano boyutlu kaplamaya “süperhidrofobik” kaplama denir.

Son zamanlarda birçok bilim insanının ilgisini çeken SüperHidrofobik yüzey teknolojisi ile bilim adamları araştırmalarını genişleterek yüzeyi aynı malzemeyle kaplayacak ve her türlü sıvının aslolan yüzeye temasını engelleyecek şekilde çalışmalarını artırdı. Fotoğraf-3’de görüldüğü şeklinde,

Süper hidrofobik kaplama birçok değişik materyalden yapılabilmektedir.

Kaplama için kullanılan temel materyaller;

▶ Silika Nano kaplama

▶ Karbon Nano-Tüp Yapılar

▶ Manganez Oksit Polistiren (MnO2/PS) nano-komposit

▶ Çinko Oksit Polistiren (ZnO/PS) nano-komposit

▶ Çökeltilmiş Kalsiyum Karbonat

Silika bazlı kaplamalar, oldukça maliyetli olan bir kaplama türüdür. Bunlar jel tabanlı yapısı yardımıyla daldırma yöntemi ile yada aerosol sprey yolu ile nesneye kolayca uygulanabilmektedir.

Oksit polistiren komposit kaplama jel tabanlıya nazaran daha dayanıklıdır sadece yüzeye uygulama aşamaları oldukca daha karmaşık ve maliyetlidir. Karbon nano-tüp yapılarda aynı şekilde maliyetli olup mevcut teknoloji ile üretmek oldukca daha zor olsa gerek. Bu durumda, silika bazlı jeller bu seçenekler içinde şimdilik en ekonomik olanıdır.

Araştırmacıların dallı yapıda hidrokarbon, düşük yüzey enerjisi malzemesi (LSEM) olarak adlandırdıkları çalışmanın kontrol ve üretim aşamaları Swansea Üniversitesi Bay Kampüsü Enerji Güvenliği Araştırma Enstitüsü, araştırma görevlisi Shirin Alexander liderliğinde gerçekleştirilmiştir.

Alexander, kolayca sentezlenen alüminyum oksit nano tanecikleri karboksilik asitler ile tekrardan yapılandırarak oldukca çatallı hidrokarbon zincirlerine dönüştürdü. Bu dikenli zincirler yüzeyi pürüzlü hale getirerek suya karşı ilk müdafa hattını oluşturur.

Hidrofobik malzemelerin karakteristik özelliği olan bu pürüzlülük bir hava katmanı tutarak su taneleri ile yüzey arasındaki teması minimize eder ve suyun yitik gitmesine olanak sağlar. Fotoğraf-4’de görüleceği şeklinde.

Süper Hidrofobik kaplamanın, kaplanan ekipmanlarda; korozyonu önlemesi, kirlenmeyi engellemesi ve öteki tehlikeli kimyasallardan koruması şeklinde pratikte birçok kullanım alanı vardır.

Yüzeyin su yansıtıcılığı dikkate alınması ihtiyaç duyulan en mühim faktördür. Bundan dolayı süper hidrofobik yüzeylerde suyun temas açısı 150 dereceden (>150°) daha fazladır.

Doğada çokça hidrofobik yüzey örneği bulunmaktadır. Bunlar; nilüfer yaprağı, kelebek kanatları, ördek tüyleri şeklinde sıralanabilir.

Doğadan esin alınarak düşünülmüş süper hidrofobik yüzeyler iki yaklaşım kullanılarak elde edilebilir.

Birinci yaklaşım; katı yüzey kimyasal olarak daha zayıf bir malzemeyle yükseltilir. İkinci yaklaşım; nano ve mikro boyutlu yapılar ile yüzeye bir katman yapılır ve bu ölçekteki katman yardımıyla tamamıyla suyun yüzeye olan teması engellenmiş olur. Fotoğraf-5’de görüleceği şeklinde.

Süper hidrofobik teknolojisinin birçok sanayi sahasında kullanım alanı vardır. Bunların başlangıcında denizcilik endüstrisi gelmektedir.

Bu teknoloji geminin suyla temas eden bölümlerinde istenmeyen mikroorganizmaların gelişmesini ve türemesini engeller ek olarak gemilerde daha süratli gitmeye olanak sağlar ve yakıt maliyetinin azalmasına katkıda bulunur.

Bunun haricinde süper hidrofobik kaplama otomotiv endüstrisinde, ön camın üstünde su takılmalarını engellemek için kullanılmaktadır.

Sıhhat sektöründe, bu kaplamalar uzun süre dayanıklılıkları ve anti bakteriyel özellikleri yardımıyla cerrahi aletlerde kullanılmaktadır.

Süper hidrofobik kaplamalar mikro ve nano yapılarından dolayı kırılgan ve narin yapıdalardır. Bu yüzeyler temizlik esnasında ya da herhangi bir sıyrıkta kolayca zarar görebilmektedir bu yüzden kaplamaların kullanımı devamlı harekete eğilimli olan giyim alanı yerine çoğu zaman elektronik cihazlar üstünde tercih edilir. Tekneler şeklinde devamlı sürtünmeye maruz kalan nesnelerde ise yüksek derecede koruma için belirli periyotlarda kaplamanın yenilenmesi gerekmektedir.

Süper hidrofobik kaplama için yaygın olarak kullanılan araç-gereç silikadır. Silika, jel yapısı yardımıyla derhal her yüzeye uygulanabilmektedir.

Bir diğeri ise Oksit-Polistiren olarak isimlendirilen ve daha kalıcı tesiri olan jel temelli kaplamadır. Ek olarak kimyasal zorlanmalar ve korozyona karşı süper etkin bir koruma sağlamaktadır sadece ekonomik açıdan pek uygun olmayıp maliyeti oldukça yüksektir.

Bu tip jel temelli kaplamalar kullanımda olan en popüler, uygun ve etkin metotlardır. Doğada hidrofobik yüzeylerin örneklerine rastlayabiliriz.

Mesela nilüfer (Nelumbo nucifera) çiçeğinin yapraklarının temas açısı 161 derecedir (161°) kısaca süperhidrofobik özelliktedir.

Bitkinin yapraklarının üstüne düşen su damlaları yaprak yüzeyine yayılmadan damlacık şeklinde yuvarlanarak yere düşer. Bu sayede yapraklar kendi kendini temizler. Fotoğraf-6’da taramalı ışık mikroskobuyla görüntüsünü görebilirsiniz.

Yüzeylere kendi kendini temizleyebilme ya da bazı maddeleri itme özelliği kazandıran malzemeler akıllı yüzey kaplamaları olarak isimlendirilir.

Çoğunlukla nano (metrenin milyarda biri) ölçekte olan bu malzemeler süperhidrofobik ya da süperhidrofilik özellikte olabilir. Süperhidrofilik yüzeylerde yüzeye yayılan su akarken kiri de bununla beraber götürür.

Süperhidrofobik yüzeylerde ise su damlacıkları yuvarlanırken kir üstüne tutunur. Mesela yüzeyi hidrofobik kaplama ile kaplanan arabaların dış camları hem temiz kalır hem de su damlacıkları yüzeye tutunmadığı için görüşü negatif etkilemez.

Ek olarak daralan kalp damarlarını genişletmek için takılan stentlerin iç çeperi süperhidrofobik yüzeyle kaplanır. Bu sayede stentlerin iç çeperi daha ıslak hâle gelir ve tıkanmaları engellenebilir. Bunlar şeklinde doğadan esin alınarak geliştirilen hidrofobik kaplama teknolojileri birçok alanda kullanılıyor.

MIT’de Makina Mühendisliği bölümünden Prof. Dr. Kripa Varanasi, her iki araç-gereç sınıfının da öteki teknolojilerin yanı sıra enerji santrallerinin, elektroniklerin, tayyare kanatlarının ve tuzdan arındırma tesislerinin performansı üstünde mühim bir etkiye haiz olabileceğini söylüyor.

Hidrofilik ve hidrofobik malzemeler, düz bir yüzeydeki suyun geometrisi ile tanımlanır. Bilhassa bir damlacık kenarı ile altındaki yüzey arasındaki açı. Buna temas açısı denir.

Damlacık yayılırsa, yüzeyin geniş bir alanını ıslatırsa, temas açısı 90 dereceden azdır (<90°) ve bu yüzey hidrofilik yada suyu seven olarak kabul edilir (Yunanca su, hidro ve aşk, filos kelimelerinden).

Sadece damlacık yüzeye güç bela dokunan bir küre oluşturuyorsa, sıcak bir kalbur üstündeki su damlaları şeklinde temas açısı 90 dereceden fazladır (>90°) ve yüzey hidrofobik yada sudan korkar.

Sadece terimler dizgesi burada bitmiyor. Hidrofobik ve hidrofilik malzemeler üstüne meydana getirilen mevcut araştırmaların bir çok aşırı durumlara, kısaca süperhidrofobik ve süperhidrofilik malzemelere odaklanıyor.

Bu terimlerin tanımları daha azca kati olsa da, sıkı damlacıkların 160 dereceden fazla (>160°) bir temas açısı oluşturduğu yüzeyler süperhidrofobik olarak kabul edilir.

Damlacıklar ortalama 20 dereceden daha düşük (<20°) bir temas açısı ile neredeyse düz bir halde yayılırsa, yüzey süperhidrofiliktir.

MIT’de süperhidrofobik malzemeler mevzusunda uzmanlaşmış Makina Mühendisliği Prof. Dr. Evelyn Wang,” Bir çok durumda, mühendislikte yararlı olan aşırı davranıştır ” diyor.

Mesela, tuzdan arındırma tesislerindeki yada enerji santrallerindeki kondansatörlerin yüzeyleri süperhidrofobik olduklarında en iyi sonucu verir, bu yüzden damlacıklar devamlı kayar ve yenileriyle değiştirilebilir (Fotoğraf-7).

Tersine, suyun aşırı ısınmasını önlemek için bir yüzey üstünde akmış olduğu uygulamalar için, su ile yüzey içinde maksimum teması sağlamak için süperhidrofilik bir malzemeye haiz olmak arzu edilir.

Bu fenomenler niçin oluyor? Esasen, kullanılan malzemelerin özelliklerine nazaran belirlenen bir yüzey kimyası meselesidir. Bir yüzeyin şekli de tesirleri artırabilir:

Mesela, bir araç-gereç hidrofobikse, yüzeyinde nanopatternler oluşturmak, bir damlacık ile temas alanını artırabilir, etkiyi artırabilir ve yüzeyi süperhidrofobik hale getirebilir.

Benzer şekilde, hidrofilik bir yüzeyin nanopatterlenmesi onu süperhidrofilik yapabilir. (Bununla beraber, hususi desen türlerinin bir malzemenin basit özelliklerini hakikaten tersine çevirebileceği istisnalar vardır.)

İşler hareket halindeyken daha karmaşık hale gelir, gerçek dünyadaki durumlarda olduğu şeklinde. Mesela, düz bir yüzey eğildiğinde, üstündeki damlacıklar kaymaya başlayabilir ve şekillerini bozabilir.

Bundan dolayı, statik temas açılarının ölçümlerinin ötesinde, bir yüzeyin özelliklerinin tam olarak anlaşılması, yüzey eğimli olduğunda ilerleyen (ön) ve geri çekilen (arka) kenarlarındaki temas açılarının iyi mi farklılaştığının analizini de gerektirir.

Naturel dünya hidrofobik ve hidrofilik yüzeylerle dolu olduğundan, fenomenin temelleri bilim adamları tarafınca minimum iki yüzyıldır bilinmektedir.

Mesela, nilüfer yaprağı, suda yaşayan bitkinin su basmasını önleyen, hidrofobik bir malzemenin iyi malum bir örneğidir.

Afrika’nın Namib Çölü’nün stenokara böceği şeklinde bazı türler her iki özelliği de birleştirir: Böceğin sırtı ve kanatları, sisten yoğunlaşmayı teşvik eden hidrofilik tümseklere haizdir; Bunlar, ortaya çıkan damlacıkları toplayan ve onları böceğin ağzına doğru yönlendiren hidrofobik oluklarla çevrilidir ve bu da bir arada hayatta kalmasına izin verir dünyanın en kurak yerlerinden model olarak gözümüzün önündedir.

Hidrofobik ve hidrofilik yüzeylere çağdaş ilgi alanlarından biri enerji verimliliği ile ilgilidir. MIT’deki ve öteki yerlerdeki araştırmacılar tarafınca geliştirilmekte olan süperhidrofobik yüzeyler, enerji santrali kondansatörlerinde daha iyi ısı transferine yol açarak genel verimliliklerini artırabilir. Fotoğraf-8’de iyi mi atıldığını anlamamız açısından, mühim bir veridir.

Bu tür yüzeyler, tuzdan arındırma tesislerinin verimliliğini de artırabilir.

Alana yeni teknolojiler de katkıda bulunmuş oldu; Bir metrenin bir tek birkaç milyarda biri çapında çarpma yada çıkıntılara haiz nanopatterned yüzeyler oluşturma kabiliyeti, yeni nesil su tutma ve su atma malzemelerini mümkün kıldı; Hareket halindeki yüzeylerin yeni yüksek çözünürlüğünde olan görüntülenmesi, süreçlerin daha iyi anlaşılmasını sağlamış oldu işin içinde.

Hidrofobik Örnekleri;

Hücre Zarları: Hücre zarları, fosfolipitler olarak malum makromoleküllerden yapılır. Fosfolipitler, moleküllerin kafalarında su çeken fosfor atomlarına haizdir. Molekülün kuyruğu, hidrofobik moleküller olan lipitlerden yapılır. Hidrofilik kafalar suya işaret eder ve hidrofobik kuyruklar birbirine doğru çekilir.

Minik gruplar halinde fosfolipitler miseller oluşturur. Aşağıdaki resimde görüldüğü şeklinde misel ufak hidrofobik bir toptur. Hidrofobik kuyruklar suyu topun ortasından dışarı atar.

Hücre zarları, fosfolipid iki tabakası olarak malum iki fosfolipid tabakasından oluşur. Tabakanın ortası, suyu dışarı atan ve hücrenin içeriğini dış ortamdan ayırabilen hidrofobik kuyruklardan yapılmıştır.

Hücreler, zarın hidrofobik orta kısmı süresince su ve iyonlar şeklinde hidrofilik moleküllerin taşınmasına destek olan zara gömülü çeşitli hususi proteinlere haizdir.

Ökaryotik hücrelerde, fosfolipid çift katmanlarından oluşturulan daha ufak keselerden hücrelerin içinde organeller oluşur.

Bilim adamları, hücrelere ilaç ve gıda sağlamak için başka bir yapı oluşturmak için fosfolipitlerin hidrofobik özelliklerini kullandılar.

Yukarıdaki grafikte görüldüğü şeklinde lipozomlar ilaçla doldurulabilen ufak keselerdir. Zarın içine doğru proteinler gömüldüğünde, lipozom bir hedef hücrenin zarını birleştirecek ve ilacı hücrenin içine iletecektir.

Nebat Yaprakları: Birçok bitkinin yapraklarında hidrofobik kaplamalar bulunur. Yağmur ve suyun yapraklardan emilmemesi önemlidir, bu sebeple bu, suyun kökten yaprağa geçmesine dayanan gıda akışını bozar.

Suyun ozmoz yöntemiyle hücre zarından ve yaprağa geçmesine izin verilseydi, yapraklardaki ozmotik basıncı değiştirirdi ve su köklerden yukarı çıkamazdı.

Su bitkileri bile yapraklarını hidrofobik maddelerle korur, bu da besinlerin köklerden çekilmesini ve suyun bitkiden bir yönde akmasını sağlar.

Aşağıda, su damlacıklarının yapraktan yuvarlanmasına yol açan oldukca hidrofobik bir yaprak örneği verilmiştir.

Kuş Tüyleri: Suda yaşayan birçok kuş tüylerini su girişinden korumalı ve tüylerinin üstüne suyun nüfuz etmesini önleyen hidrofobik yağlar salgılamalıdır.

“Ördeğin suyu şeklinde” terimini duyduysanız, bu aşama ördek tüylerinin hidrofobikliğini ifade eder. Ördekler ve öteki birçok su kuşu, su altında yiyecek toplamak için mühim oranda süre harcarlar. Sadece sudan çıktıklarında da uçmaları gerekir.

Suyun tüylerine nüfuz etmesine izin verilseydi, kuşlar uçamayacak kadar ağırlaşırdı. Kuşlar derilerinden ve hususi bezlerinden salgıladıkları hidrofobik yağları tüylerine sürerler.

Su altına daldıklarında yağlar, suyun nüfuz etmesini önleyen hidrofobik bir bariyer oluşturur. Sonrasında, ortaya çıktıklarında, bir tek suyu sallarlar ve uçabilirler.

İlgili Biyoloji Terimleri:

1- Hidrofilik; suya çekilen moleküller yada maddeler.

2- Polar; su ile etkileşime girebilen statik elektrik yüklerine haiz moleküller.

3- Polar olmayan; statik elektrik yüklerine haiz olmayan ve öteki polar olmayan moleküllerle sudan oldukca daha çok etkileşime girme olasılığı olan moleküller.

4- Lipofilik; hidrofobikten değişik olarak yağa çekilen maddeler.

Hidrofobik Molekül Örnekleri: Hem evsel hem de endüstriyel sektörlerde çeşitli hidrofobik maddeler bulunabilir. Alkanlar, yağlar, katı yağlar, yağlı bileşikler ve organik bileşiklerin bir çok doğada hidrofobiktir.

Hidrofobik maddelerin uygulamaları, yağın sulu çözeltilerden uzaklaştırılmasını, petrol sızıntısı yönetimlerini ve polar olmayan elementleri polar olanlardan ayırmak için kimyasal ayırma işlemini ihtiva eder.

Yağ yada katı yağlar su ile karıştırıldığında, suyun polar olması ve yağların ve kazların polar olmaması, bilhassa hidrofobik olması sebebiyle birbiriyle karışmayacak iki ayrı tabakanın oluştuğu oldukca yaygın bir gözlemdir.

Hidrofobiklik örnekleri hem hayvanlarda hem de bitkilerde bulunabilir. Birçok nebat doğada hidrofobiktir, bu da yaprakların yüzeyinde hidrofobik kaplamalar bulunduğunu gösterir.

Kaplamanın aslolan sorumluluğu, çoğunlukla gıda akışını kesintiye uğratan yapraklarda su ve yağmurun adsorpsiyonunu önlemektir.

Bitkilerde nitrit akışı, suyun köklerden yapraklara akışına dayanır.

Bundan dolayı, yaprakların yüzeyleri hidrofobik değilse, ozmoz süreci ve dolayısıyla ozmotik tazyik bozulacak ve bu da bitkilerin beslenmesini büyük seviyede etkileyecektir.

Nilüfer yaprağı üstündeki hidrofobiklik olgusu Biçim 1’de gösterilmiştir. Ek olarak, nilüfer yaprağı üstündeki mikro papillaların SEM görüntüsü de (B) ve (C) kısımlarıyla aynı şekilde gösterilmiştir.

Kuşlarda hidrofobiklik süreci eşit derecede dirimsel öneme haizdir.

Kuşların vücutlarının ve tüylerinin hidrofobik yapısı, vücutlarına su girmesini önler, böylece aşırı kilo alımlarından kaçınır ve muntazam uçmalarına destek sunar.

Hidrofobik ve Hidrofilik Maddeler: Hidrofilik nedir? maddeler doğada polar olan suyu seven moleküllerdir. Suda kolayca çözünürler ve bu tür maddelerin örnekleri şeker, tuz, nişasta ve selülozdur.

Hidrofilik moleküllerin yüzeyinin su moleküllerini çekme derecesine hidrofiliklik denir.

Öte taraftan, daha ilkin açıklanmış olduğu şeklinde hidrofobik su iticidir ve bu yüzden polar olmayan yapıları sebebiyle suda karışmaz.

(-CH3,-CH2-CH3,-R-C6H5) ve (C2H2 ) hidrofobik maddelerde bulunan en yaygın kimyasal gruplardan bazılarıyken (-OH), (- COO-) ve (- NH-) hidrofilik maddelerde bulunan bazı kimyasal türlerdir.

Hidrofobik ve Lipofilik: Hidrofobik ve lipofilik şeklinde terimlerin bir araya gelmiş olduğu sadece iki kelimenin oldukca değişik kavramlar gösterdiği çoğunlukla görülür. Hidrofobik maddeler su itici maddelerdir, lipofilik ise yağ seven moleküllerdir.

Silikonlar ve florokarbonlar haricinde hidrofobik maddelerin çoğunun doğada lipofilik olduğu çeşitli literatürlerde görülebilir.

Hidrofobik Etkileşimler: Su ve hidrofoblar arasındaki ilişkiler, hidrofobik etkileşimler şemsiyesi altında iyi tanımlanmıştır. Suyun yağ ile göreceli olarak karıştırılması, bu tür etkileşimlerin oldukca kullanışlı bir örneğidir.

Hidrofobik etkileşimlerin termodinamiği, bir hidrofobun sulu bir ortama bırakıldığında, su molekülündeki hidrojen bağlarının hidrofob için yer açmak için kırıldığını belirtir, sadece bu, su molekülünün hidrofobik malzemelerle reaksiyona gireceği anlamına gelmez.

Ek olarak, sıkı hidrojen bağını kırmak için sisteme ısı verilmesi gerekir ve bu yüzden tepki endotermiktir.

Hidrofobun yüzeyi çevresinde klatrat kafes olarak malum buz benzeri bir kafes yapısına dönüşen yeni hidrojen bağları oluşur. Klatrat kafesin bu yönelimi, sistemi daha yapılandırılmış hale getirir ve sistemin toplam entropisi (bir düzensizlik ölçüsü) azalır.

Ek olarak hidrofobik etkileşimlerin gücü sıcaklığa, hidrofobda bulunan karbon atomlarının sayısına ve hidrofobik molekülün şekline ve boyutlarına bağlıdır.

Hidrofobik etkileşimlerin Biyolojik önemi: Hidrofobik etkileşimler, protein katlanmasında onu stabil ve biyolojik olarak etken hale getirmede oldukca önemlidir.

Etkileşimler, proteinin yüzeyini küçültmesi ve su molekülü ile istenmeyen etkileşimlerden kaçınması için bir talih verecektir.

Benzer şekilde, insan vücudundaki her hücrede bulunan fosfolipid iki tabakalı membranlar, hayatta kalmaları ve optimum emekleri için hidrofobik etkileşimlere de bağlıdır.

Hidrofobların Avantajları: Evsel ve endüstriyel uygulamalar için hidrofobik maddelerin kullanılmasının birçok pozitif yanları vardır. Hidrofoblar çoğu zaman ıslanmaya karşı dirençli ve korozyon direncini artıran düşük enerjili yüzey malzemeleridir.

Bu tür maddeler, geliştirilmiş rutubet tespit cihazları için ve ısı seyretme borularında ve analitik numune aktarma sistemlerinde rutubet kirlenmesini önlemek için kullanılır. Ek olarak hidrofoblar, HPLC tıbbi teşhisinde geliştirilmiş ayırma ve korozyon direnci sistemlerinde de kullanılmaktadır.

Benzer şekilde hidrofobik yüzeyler, botlar için biyolojik kirlenme önleyici boyalarda, metallerin rafine edilmesinde, lekeye dayanıklı tekstillerde, tekstil endüstrisinde yağ ve suyun ayrılmasında ve yangın geciktirici ve su geçirmez giysilerin imalatında kullanılır.

Hidrofobikliğin Ölçülmesi: Hidrofobiklik, hidrofobik etkileşim kromatografisi, temas açısı ölçümü ve gül bengal ölçümü şeklinde çeşitli analitik tekniklerle ölçülebilir.

Burada, hidrofobikliği ölçerken parçacıkta bulunan grupların tanımlanmasının oldukca mühim bulunduğunu belirtmekte yarar var. Yüzeyin hidrofobikliğini hesaplamak için kullanılan en sık yöntem, su damlacıkları ile yüzeyin kendisi arasındaki temas açısının hesaplanmasıdır.

90 Dereceden fazla (>90°) bir temas açısı çoğu zaman hidrofobik bir yüzey üstünde akan su damlası tarafınca korunur ve küresel bir şekli korur. Ek olarak, süperhidrofobik malzemeler, 150 derecenin üstünde (>150°) nispeten daha büyük bir temas açısına haizdir.

Hidrofilik yüzeylerle temas ettiğinde, su damlacıkları uzağa yayılır ve temas açısı çoğu zaman küçüktür ve 90 dereceden azdır (<90°). Su damlası ile çeşitli yüzeyler arasındaki su temas açısı Biçim 2’de verilmiştir.

Süper hidrofilik için açı 5 dereceden azca (0°<SüperHidrofilik<5°)., hidrofilik için açı 90 dereceden azca (5°<Hidrofilik<90°) ve hidrofobik ve süperhidrofobik için açılar sırasıyla 90-150 aşama (90°< Hidrofobik <150°) ve 150-180 derecedir (150°< SüperHidrofobik <180°).

Su damlası ve hidrofoblar arasındaki temas açısının ne kadar büyük olursa, sıvı yüzey etkileşiminden ziyade sıvı-sıvı etkileşiminin o denli kuvvetli olduğu ve böylece yüzeyi hidrofobik hale getirmiş olduğu sonucuna varılabilir.

Netice

Hidrofobik Tanımı: Belirli bir tepki parametreleri kümesi altında suyla karışma yada reaksiyona girme korkusu çoğu zaman hidrofobik olarak adlandırılır. Genel bilimlerde, maddenin suyu itme kabiliyetine hidrofobiklik denir.

Hidrofobik maddelerin suda karışmayan maddeler olduğu sonucuna varılabilir. Hidrofoblar, esas olarak organik çözücüler olan polar olmayan sıvılarda karışabilir.

Su polar bir moleküldür, bu yüzden su ile hidrofobik maddeler arasındaki bağlantı oldukca dakikadır ve bu yüzden temas ettiğinde birbirleriyle iki ayrı ve ayrı katman oluştururlar.

Alkanlar, yağlar, katı yağlar ve yağlı bileşikler doğada hidrofobiktir. Hidrofobiklik süreci hem bitkilerde hem de kuşlarda bulunabilir.

Bitkilerde, yaprakların yüzeyinde bulunan ve içinden su girmesini önleyen hidrofobik katman ile gıda akışının kesilmesinden kaçınılır. Bundan dolayı, suyun akışı, topraktan hedefe lüzumlu gıdaları taşıyan bitkinin kökünden tepesine kadar kalır.

Benzer şekilde, kuşlarda hidrofobiklik, kuşların vücutlarına tüy ve deri yöntemiyle su girişini ve sonuçta aşırı şişman olmalarını önleyen ve yumuşak uçmalarına destek olan suda yaşayan hayvanları önler.

Ek olarak hidrofobiklik ölçümü, su damlası ile hidrofobun yüzeyi arasındaki temas açısı hesaplanarak yapılabilir.

Not: Yazıdaki resimler informasyon amaçlı konulmuştur. Yayınlamasında telif ihlali anlamında sorun yaşanması adına, lüzumlu prosedürleri yapılması yayıncı kuruluşa aittir.

Görüşmek dileğiyle…

Kaynakça

1- Su Geçirmeyen Akıllı Yüzeyler

https://kimya.balikesir.edu.tr/Seminerler/dokuman/20200108KaderOzturk.pdf

2- Su Geçirmeyen Akıllı Yüzeyler

https://bilimgenc.tubitak.gov.tr/yazı/su-gecirmeyen-akilli-yuzeyler

3- Süper Hidrofobik Kaplama Nedir?

https://www.elektrikport.com/universite/super-hidrofobik-kaplama-nedir/17394#ad-image-0

4- Hidrofobik Kaplama Nedir? Kullanım Alanları Nedir?

https://teknolojiprojeleri.com/teknik/hidrofobik-kaplama-nedir-kullanim-alanlari-nelerdir

5- Hidrofobik ve hidrofilik

https://news.mit.edu/2013/hydrophobic-and-hydrophilic-explained-0716