Bilim İnsanları, Kağıda ‘Can Veren’ Bir Yöntem Geliştirdiler

Kağıt, yazı yazmak, baskı yapmak, ambalajlamak ve el işi yapmak gibi birçok amaçla kullanabildiğimiz bir ürün. Peki ya kağıtlar sadece mürekkep tutmaktan ya da katlanarak şekil vermekten daha fazlasını yapabilseydi? Ya kağıt kendini algılayabilen, harekete geçirebilen ve iletişim kurabilen akıllı nesnelere dönüştürebilseydi? Bu kulağa bilim kurgu gibi gelebilir, ancak Çin’den bir grup araştırmacı kısa bir süre önce kağıdı sıvı metalle kaplayarak ona benzeri görülmemiş yetenekler kazandıran yeni bir yöntem geliştirdi.

Oda sıcaklığında veya biraz üzerinde sıvı halde kalan bir metal türü olan sıvı metal; yüksek iletkenlik, düşük akışkanlık ve kendi kendini iyileştirme gibi birçok özelliğe sahip. Sıvı metal; devreler, sensörler ve aktüatörler gibi esnek ve gerilebilir elektronikler oluşturmak için kullanılabiliyor.

Ancak, sıvı metalin kağıda veya diğer alt tabakalara uygulanması biraz zor çünkü sıvı metal damlacıklar oluşturma eğilimindedir ve bir yapıştırıcı olmadan iyi yapışmaz, bilim insanları da bunu baypas etmenin bir yolunu buldu

Tsinghua Üniversitesi’nden Bo Yuan liderliğindeki araştırmacılar, bizmut, indiyum ve kalay oksitten (BiInSn) oluşan özel bir alaşım kullanarak bu soruna bir çözüm buldular. Bu alaşım, galyum veya ötektik galyum-indiyum (EGaIn) gibi diğer sıvı metallerden daha yüksek bir erime noktasına sahip, bu da damlama veya yayılma olmadan katılaştırılabileceği ve kağıda damgalanabileceği anlamına geliyor. Alaşım ayrıca havaya maruz kaldığında oksitlenmiyor, bu da onu daha kararlı ve yapışkan hale getiriyor.

Kağıdı BiInSn ile kaplamak için araştırmacılar önce alaşımı bir potada eritti ve silikon bir kalıba döktü. Daha sonra kalıbı bir kağıt parçası üzerine orta basınç ve hızda bastırdılar. Sonuç, kağıt yüzeyinde ince ve düzgün bir sıvı metal tabakası oldu. Araştırmacılar, çift taraflı bir kaplama oluşturmak için bu işlemi kağıdın her iki tarafında da tekrarladılar.

Kaplanmış kağıt dikkate değer özellikler gösterdi. Elektriği ve ısıyı iletebiliyor, bu da LED’leri ve dirençleri aydınlatmasını sağlıyordu. Ayrıca dokunma, basınç ve sıcaklık değişikliklerini de algılayabiliyordu. Dahası, harici bir manyetik alan uygulayarak kendini farklı şekillere katlayabiliyordu. Araştırmacılar bunu, kaplanmış kağıttan bir origami küpü yaparak gösterdiler. Küpü açıp bir mıknatısın yanına yerleştirdiklerinde, kağıt kendiliğinden katlanarak orijinal şekline geri döndü.

Hayatımıza akıllı kağıtlar mı giriyor?

Araştırmacılar, yöntemlerinin çeşitli işlevleri yerine getirebilen akıllı kağıt cihazlar yaratmak için yeni olanaklar sunabileceğine inanıyor. Örneğin, hareket edebilen ve çevreleriyle etkileşime girebilen kağıt tabanlı robotlar, renk ve desen değiştirebilen kağıt tabanlı ekranlar ve sağlık ve çevre koşullarını izleyebilen kağıt tabanlı sensörler öngörüyorlar.

Yöntem aynı zamanda basit ve ölçeklenebilir, yani akıllı kağıt ürünlerinin büyük ölçekli üretimine uygulanabilir. Araştırmacılar, yöntemlerinin kalınlığı, dokusu veya rengi ne olursa olsun her tür kağıdı sıvı metal ile kaplayabileceğini iddia ediyor. Ayrıca kâğıt dışındaki diğer malzemelerin de aynı teknik kullanılarak sıvı metalle kaplanabileceğini öne sürüyorlar.

(22 Haziran 2023 tarihinde Cell Reports Physical Science dergisinde yayınlanan araştırmaya buradan ulaşabilirsiniz.)