Motorların, köprülerin ve uçakların kendi kendilerini onarabildiğini, yıpranma ve aşınmayla oluşan hasarların düzeldiğini, bu sayede daha güçlü ve daha uzun ömürlü olduklarını düşünün. Bilim insanları metal modüllerinin çatlayıp, insanların müdahalesi olmadan tekrar geri kaynaştığına ve bu süreçte temel bilimsel kuramları geçersiz kıldıklarına birinci kez şahit oldular.
ABD’de yer alan Ulusal Sandia Laboratuvarları ve Texas A&M Üniversitesinde çalışan araştırma ekibi, bulgularını yeni Nature bülteninde sundu.
Sandia’da çalışan gereç bilimci Brad Boyce, “Bu olaya birinci elden şahit olmak katiyen nefes kesiciydi” diyor.
“Metallerin doğal halde kendilerini düzgünleştirme kabiliyeti bulunduğunu doğruladık; en azından nano ölçekteki yorgunluk hasarında böyle” diyor Boyce.
Populer Science Türkçe’de yer alan ayrıntılara nazaran metal yorgunluğu olarak da bilinen yorgunluk hasarı, makinelerin aşınıp nihayetinde kırılmasına yol açan sebeplerden biri. Tekrarlı baskılar ve hareketler, mikroskobik çatlakların oluşmasına neden oluyor. Bu çatlaklar vakitle büyüyüp yayılıyor; ta ki kopana kadar. Aygıtın tamamı kırılıyor yahut bilimsel lisanda akamete uğruyor.
BU ŞU ANA KADAR BİLİM KURGUNUN ALANINA GİRİYORDU
Boyce ve araştırma ekibinin kaybolduğunu gördüğü ise bu ufak lakin kıymetli; nanometreler ile ölçülen çatlaklardan biriydi.
“Elektronik cihazlarımızdaki lehim noktalarından otomobillerimizin motorlarına ve üzerinden geçtiğimiz köprülere kadar bu yapılar, çatlamanın başlamasına ve kesin kırılmaya yol açan periyodik yüklenme sebebiyle sık sık ani bir formda akamete uğruyor” diyor Boyce. “Bozulduklarında ise değiştirme masrafları, kaybedilen vakit ve hatta kimi durumlarda yaralanma ve ölümlerle karşılaşıyoruz. Bu problemlerin ekonomik tesiri, ABD’de her yıl yüz milyarlarca dolar ile ölçülüyor.”
Bilim insanları çoğunluğu plastikten oluşan ve kendi kendini onarabilen birtakım gereçler geliştirdiyse de, kendi kendini düzeltebilen metal kavramı şimdiye kadar çoğunlukla bilim kurgunun alanına giriyordu.
“Metallerdeki çatlakların giderek küçülmesi değil, büyümesi beklenirdi. Çatlak büyümesini tanım ederken kullandığımız kimi temel denklemlerde bile bu üzere düzelme süreçlerinin ihtimali imkan dışıydı” diyor Boyce.
Beklenmeyen keşif, kuramın fikir babası tarafından onaylandı. Michael Demkowicz, 2013 yılında klâsik materyaller kuramını aşındırmaya başladı. Bilgisayar ortamında yürütülen canlandırmalarla elde edilmiş bulgulara dayanan ve aşikâr şartlar altında metallerin, yıpranıp aşınmayla oluşan çatlakları kaynaşarak kapatması gerektiğini gösteren yeni bir kuram yayınlandı.
Demkowicz’in kuramının gerçek olduğu ise ABD Ulusal Sandia ve Ulusal Los Alamos laboratuvarlarının ortaklaşa işlettiği, ABD Güç Bakanlığına bağlı bir kullanım tesisi olan Bütünleşik Nanoteknolojiler Merkezinde kazara keşfedildi.
“Hiç de aradığımız bir şey değildi” diyor Boyce.
Şu an Knoxville – Tennessee Üniversitesinde çalışan yardımcı profesör Khalid Hattar ve ABD Güç Bakanlığının Nükleer Güç Ofisinde çalışan Chris Barr, keşif yapıldığı vakit Sandia’da deney yürütüyormuş. Metalin uçlarını saniyede 200 kez tekrarlı biçimde çekmesi için geliştirdikleri özel bir elektron mikroskobu prosedürü kullanarak, nano ölçekli bir platin modülü üzerinden çatlakların nasıl oluşup yayıldığını değerlendirmeyi amaçlıyorlarmış yalnızca.
Deney başladıktan 40 dakika sonra ise şaşırtan bir şey olmuş ve hasar istikamet değiştirmiş. Çatlağın bir ucu, güya geri geri adım atıyormuş üzere tekrar kaynaşmış ve evvelki hasara dair hiçbir iz kalmamış. Çatlak vakitle farklı bir tarafa hakikat tekrar büyümüş.
Hattar bu olayı “Beklenmedik bir olay” şekilnde isimlendiriyor.
Kuramdan haberdar olan Boyce, bulgularını Demkowicz ile paylaşmış.
“Tabii ki duyduğuma çok sevindim” diyor Demkowicz. Profesör daha sonra bu deneyi bir bilgisayar modeli üzerinde tekrar oluşturmuş ve Sandia’da şahit olunan bu olayın, kendisinin yıllar evvel ileri sürdüğü şey olduğunu kanıtlamış.
Bu kendini güzelleştirme süreci hakkında, imalat ortamında pratik bir araç olup olmayacağı konusu da dahil olmak üzere hala bilinmeyen çok şey var.
“Bulguların ne kadar genele yayılabileceğini görmek için kapsamlı araştırmalar yürütülmesi gerekecek” diyor Boyce. “Bu olayın boşluk ortamındaki nanokristalize metallerde gerçekleştiğini gösterdik. Lakin havadaki klasik metallerde de tetiklenip tetiklenemeyeceğini bilmiyoruz.”
Tüm bilinmeyenlere karşın keşif, materyal biliminin hudutlarında ileri gerçek atılan bir adım niteliğini taşıyor.
“Umudum o ki elde edilen bulgular, materyal araştırmacılarının hakikat şartlar altında materyallerin hiç beklemediğimiz şeyleri yapabileceklerini düşünmeye teşvik edecek” diyor Demkowicz.
