MIT Kimya Mühendisleri yeni materyal geliştirdi, malzeme havadaki karbon ile kendiliğinden iyileşiyor

MIT Kimya Mühendisleri tarafından tasarlanan bir materyal, havadaki karbondioksit ile reaksiyona girebilir, büyüyebilir, güçlendirilebilir ve hatta kendini onarabilir. Bir gün inşaat veya tamir malzemesi olarak veya koruyucu kaplamalar olarak kullanılabilen polimer, sera gazını sürekli olarak kendini güçlendiren karbon bazlı bir malzemeye dönüştürür.

Yeni malzemenin şu anki versiyonu, bitkilerin havadaki karbon dioksiti kendi büyüme dokularına dahil etmelerine benzer bir kimyasal işlemi gerçekleştiren sentetik jel benzeri bir maddedir. Materyal, örneğin, bir şantiyeye gönderilebilecek hafif bir matriksin panelleri haline getirilebilir, burada hava ve güneş ışığına maruz kalmadan katılaşacak ve katılaşacak, böylece enerji ve nakliye maliyetinden tasarruf edebileceklerdir.

Bulgu, Advanced Materials dergisinde bir makalede, Profesör Michael Strano, postdoc Seon-Yeong Kwak ve MIT’de sekiz ve Riverside’daki University of California’da açıklanmıştır.

Carbon C. Dubbs Kimya Mühendisliği Profesörü Strano “Bu, malzeme bilimi alanında tamamen yeni bir kavramdır” diyor. Biyolojik alemin dışında “bugün karbon-sabitleme malzemeleri denen şey yok” diyor, sadece ortamdaki havadaki karbondioksiti sadece güneş ışığının gücünü kullanarak sağlam ve sabit bir forma dönüştürebilen malzemeleri tarif ediyor. bitkiler gibi.

Araştırmacılar, sadece fosil yakıtların kullanımını engellemekle kalmayıp aynı zamanda havadaki karbondioksiti tüketen, çevre ve iklim açısından bariz yararları olan sentetik bir materyal geliştirmek için işaret ediyorlar. Strano, “Ağaç gibi büyüyebilecek, karbonu karbondioksitten alarak ve malzemenin omurgasına dahil edebilecek sentetik bir malzeme hayal edin” diyor.

Bu ilk kavram kanıtlama deneylerinde kullanılan ekip, araştırmacıların ıspanak yapraklarından elde ettiği, bitki hücrelerindeki ışık haslıklı bileşenler olan bir biyolojik bileşen olan kloroplastlardan yararlanmıştır. Kloroplastlar canlı değildir, ancak karbondioksitin glikoza reaksiyonunu katalizler. İzole kloroplastlar oldukça kararsızdır, yani bitkiden çıkarıldıktan birkaç saat sonra işlevlerini durdurma eğilimi gösterirler. Strano ve çalışma arkadaşlarının makalelerinde, çıkarılan kloroplastların katalitik ömrünü önemli ölçüde artırmak için yöntemler gösterilmektedir. Strano, devam eden ve gelecekteki çalışmalarda, kloroplastın kök dışı biyolojik olmayan katalizörlerle değiştirildiğini açıklıyor.

Araştırmacıların kullandığı materyal, aminopropil metakrilamid (APMA) ve glikoz oksidaz adı verilen bir enzim olan glikoz ve kloroplastlardan yapılan bir polimerden oluşan bir jel matrisi, karbonu içerdiğinden daha güçlü hale gelir. Araştırmacılar, bir inşaat malzemesi olarak kullanılmaya yetecek kadar güçlü değil, ancak çatlak doldurma veya kaplama malzemesi olarak işlev görebileceğini söylüyor.

Ekip, bu tür malzemelerin tonlarca üretilmesi için yöntemler geliştirdi ve şimdi malzemenin özelliklerini optimize etmeye odaklanıyor. Kendi kendini iyileştiren kaplamalar ve çatlak dolgusu gibi ticari uygulamalar yakın dönemde gerçekleştirilebilirken, inşaat malzemeleri ve kompozit malzemeler geliştirilmeden önce omurga kimyasında ve malzeme bilimlerinde ilave ilerlemelerin gerekli olduğunu söylüyorlar.

Strano, bu tür malzemelerin en önemli avantajlarından birinin güneş ışığına veya bazı iç mekan aydınlatmasına maruz kaldığında kendi kendini tamir etmeleridir. Yüzey çizilirse veya çatlarsa, etkilenen alan herhangi bir dış etki gerektirmeden boşlukları doldurup hasarları onarır.

Araştırmacılar, biyolojik organizmaların bu yeteneğini taklit edebilecek kendi kendini iyileştirme materyalleri geliştirmeye yönelik yaygın çabalar sürerken, bunların hepsinin aktif bir dış girdinin işlev görmesi gerektiğini söylediler. İşlemi aktive etmek için ısıtma, UV ışığı, mekanik stres veya kimyasal işlem gerekiyordu. Aksine, bu materyaller, ortam ışığından başka bir şeye ihtiyaç duymazlar ve her yerde bulunan atmosferdeki karbondan kütle içerirler.

Materyal bir sıvı olarak başlıyor, diyor Kwak, “büyümeye ve kümelenmeye başladığında onu izlemeye heyecanlı” diye katılıyor.

Strano, “Malzeme bilimi hiç böyle bir şey üretmedi” diyor. “Bu materyaller, yeniden üretmese de, yaşayan bir şeyin bazı yönlerini taklit ediyor.” Bulgu, çok çeşitli muhtemel takip araştırması açtığından, ABD Enerji Bakanlığı, Strano’nun daha fazla geliştirmesi için yönettiği yeni bir programa sponsor oluyor.

Strano, “Yaptığımız çalışmalar karbondioksidin tamamen bir yük ve maliyete ihtiyaç duymadığını gösteriyor” diyor. “Bu konuda da bir fırsat. Her yerde karbon var. Dünyayı karbonla inşa ediyoruz. İnsanlar karbondan yapılır. Etrafımızdaki bolca karbona erişebilecek bir malzeme yapmak, malzeme bilimi için önemli bir fırsattır. Bu şekilde, işimiz sadece karbon nötr değil, karbon negatif olan malzemeler yapmakla ilgilidir. ”