Bazen su bir yüzeye çarptığında eşit olarak yayılır, bazen küçük damlacıklar halinde toplanır.
İnsanlar bu farklılıkları eski zamanlardan beri fark etseler de, bu özelliklerin daha iyi anlaşılması ve bunları kontrol etmenin yeni yolları önemli yeni uygulamalar getirebilir.
Son zamanlarda sıklıkla gördüğümüz nano teknolojik ürünlerden olan su geçirmeyen ya da sıvının asıl yüzeye temas etmesini önleyen ürünler, Süper Hidrofobik kaplamayla üretilmektedir.
Önümüzdeki yıllarda kullanım alanı daha da genişleyeceği ve bu tür ürünlerin Ar-Ge konusunda hassasiyetlerin artacağını ön görülmektedir.
Bu ürünlerin üretiminde şimdiden yatırım yapacak 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 arkadaş” ya da “suyu seven” şeklinde Türkçeye çevrilebilir.
Resim-1’de; Hidrofobik kaplamalı ve Hidrofilik kaplamalı ürünlerde, sıvının (suyun) nasıl bir şekil aldığını görebiliriz.
SüperHidrofobik ifadesi “sudan nefret eden” ve SüperHidrofilik ifadesi “suyu çok seven” demektir.
Bir yüzeyin hidrofobik mi yoksa hidrofilik mi olduğu su damlacığının bir yüzey üzerinde ne kadar yayıldığına bağlıdır ve su damlacığı ve yüzey arasındaki temas açısı ile ölçülebilir.
Resim-2’de görüleceği gibi; Temas açısı 90 dereceden (>90°) büyük yüzeyler hidrofobiktir. Bu tür yüzeyler üzerinde su damlacıkları yayılmaz, damlacık şeklinde kalır. Temas açısı 90 dereceden (<90°) küçük yüzeyler hidrofiliktir. Bu tür yüzeyler üzerinde su homojen 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 gibi yansıtarak yüzeyden uzaklaştıran nano boyutlu kaplamaya “süperhidrofobik” kaplama denir.
Son zamanlarda birçok bilim insanının ilgisini çeken SüperHidrofobik yüzey teknolojisi ile bilim insanları araştırmalarını genişleterek yüzeyi aynı malzemeyle kaplayacak ve her türlü sıvının asıl yüzeye temasını engelleyecek şekilde çalışmalarını artırdı. Resim-3’de görüldüğü gibi, süper hidrofobik kaplama birçok farklı 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 sayesinde daldırma yöntemi ile veya aerosol sprey yolu ile nesneye kolayca uygulanabilmektedir.
Oksit polistiren komposit kaplama jel tabanlıya göre daha dayanıklıdır ancak yüzeye uygulama aşamaları çok daha karmaşık ve maliyetlidir. Karbon nano-tüp yapılarda aynı şekilde maliyetli olup mevcut teknoloji ile üretmek çok daha zordur. Bu durumda, silika bazlı jeller bu seçenekler içinde şimdilik en ekonomik olanıdır.
Araştırmacıların dallı yapıda hidrokarbon, düşük yüzey enerjisi malzemesi (LSEM) olarak adlandırdıkları çalışmanın test 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 yeniden yapılandırarak çok çatallı hidrokarbon zincirlerine dönüştürdü. Bu dikenli zincirler yüzeyi pürüzlü hale getirerek suya karşı ilk savunma hattını oluşturur.
Hidrofobik malzemelerin karakteristik özelliği olan bu pürüzlülük bir hava katmanı tutarak su taneleri ile yüzey arasındaki teması minimize eder ve suyun kayıp gitmesine olanak sağlar. Resim-4’de görüleceği gibi.
Süper Hidrofobik kaplamanın, kaplanan ekipmanlarda; korozyonu önlemesi, kirlenmeyi engellemesi ve diğer tehlikeli kimyasallardan koruması gibi pratikte birçok kullanım alanı vardır.
Yüzeyin su yansıtıcılığı dikkate alınması gereken en önemli faktördür. Çünkü süper hidrofobik yüzeylerde suyun temas açısı 150 dereceden (>150°) daha fazladır.
Doğada çokça hidrofobik yüzey örneği bulunmaktadır. Bunlar; nilüfer yaprağı, kelebek kanatları, ördek tüyleri gibi sıralanabilir.
Doğadan ilham 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 tabaka yapılır ve bu ölçekteki katman sayesinde tamamıyla suyun yüzeye olan teması engellenmiş olur. Resim-5’de görüleceği gibi.
Süper hidrofobik teknolojisinin birçok endüstri sahasında kullanım alanı vardır. Bunların başında denizcilik endüstrisi gelmektedir.
Bu teknoloji geminin suyla temas eden bölümlerinde istenmeyen mikroorganizmaların gelişmesini ve türemesini engeller ayrıca gemilerde daha hızlı gitmeye olanak sağlar ve yakıt maliyetinin azalmasına katkıda bulunur.
Bunun dışında süper hidrofobik kaplama otomotiv endüstrisinde, ön camın üzerinde su takılmalarını engellemek için kullanılmaktadır.
Sağlık sektöründe, bu kaplamalar uzun süre dayanıklılıkları ve anti bakteriyel özellikleri sayesinde cerrahi aletlerde kullanılmaktadır.
Süper hidrofobik kaplamalar mikro ve nano yapılarından dolayı hassas ve narin yapıdalardır. Bu yüzeyler temizlik sırasında ya da herhangi bir sıyrıkta kolayca zarar görebilmektedir bu nedenle kaplamaların kullanımı sürekli harekete eğilimli olan giyim alanı yerine genellikle elektronik cihazlar üzerinde tercih edilir. Tekneler gibi sürekli sürtünmeye maruz kalan nesnelerde ise yüksek derecede koruma için belirli periyotlarda kaplamanın yenilenmesi gerekmektedir.
Süper hidrofobik kaplama için yaygın olarak kullanılan malzeme silikadır. Silika, jel yapısı sayesinde hemen her yüzeye uygulanabilmektedir.
Bir diğeri ise Oksit-Polistiren olarak isimlendirilen ve daha kalıcı etkisi olan jel temelli kaplamadır. Ayrıca kimyasal zorlanmalar ve korozyona karşı süper etkin bir koruma sağlamaktadır ancak 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.
Örneğin nilüfer (Nelumbo nucifera) çiçeğinin yapraklarının temas açısı 161 derecedir (161°) yani süperhidrofobik özelliktedir.
Bitkinin yapraklarının üzerine düşen su damlaları yaprak yüzeyine yayılmadan damlacık şeklinde yuvarlanarak yere düşer. Bu sayede yapraklar kendi kendini temizler. Resim-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 beraberinde götürür.
Süperhidrofobik yüzeylerde ise su damlacıkları yuvarlanırken kir üzerine tutunur. Örneğin yüzeyi hidrofobik kaplama ile kaplanan arabaların dış camları hem temiz kalır hem de su damlacıkları yüzeye tutunmadığı için görüşü olumsuz etkilemez.
Ayrıca daralan kalp damarlarını genişletmek için takılan stentlerin iç çeperi süperhidrofobik yüzeyle kaplanır. Bu sayede stentlerin iç çeperi daha kaygan hâle gelir ve tıkanmaları engellenebilir. Bunlar gibi doğadan ilham alınarak geliştirilen hidrofobik kaplama teknolojileri birçok alanda kullanılıyor.
MIT’de Makina Mühendisliği bölümünden Prof. Dr. Kripa Varanasi, her iki malzeme sınıfının da diğer teknolojilerin yanı sıra enerji santrallerinin, elektroniklerin, uçak kanatlarının ve tuzdan arındırma tesislerinin performansı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabileceğini söylüyor.
Hidrofilik ve hidrofobik malzemeler, düz bir yüzeydeki suyun geometrisi ile tanımlanır. Özellikle 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 veya suyu seven olarak kabul edilir (Yunanca su, hidro ve aşk, filos kelimelerinden).
Ancak damlacık yüzeye zar zor dokunan bir küre oluşturuyorsa, sıcak bir kalbur üzerindeki su damlaları gibi temas açısı 90 dereceden fazladır (>90°) ve yüzey hidrofobik veya sudan korkar.
Ancak terminoloji burada bitmiyor. Hidrofobik ve hidrofilik malzemeler üzerine yapılan mevcut araştırmaların çoğu aşırı durumlara, yani süperhidrofobik ve süperhidrofilik malzemelere odaklanıyor.
Bu terimlerin tanımları daha az kesin olsa da, sıkı damlacıkların 160 dereceden fazla (>160°) bir temas açısı oluşturduğu yüzeyler süperhidrofobik olarak kabul edilir.
Damlacıklar yaklaşık 20 dereceden daha düşük (<20°) bir temas açısı ile neredeyse düz bir şekilde yayılırsa, yüzey süperhidrofiliktir.
MIT’de süperhidrofobik malzemeler konusunda uzmanlaşmış Makina Mühendisliği Prof. Dr. Evelyn Wang,” Çoğu durumda, mühendislikte yararlı olan aşırı davranıştır ” diyor.
Örneğin, tuzdan arındırma tesislerindeki veya enerji santrallerindeki kondansatörlerin yüzeyleri süperhidrofobik olduklarında en iyi sonucu verir, bu nedenle damlacıklar sürekli kayar ve yenileriyle değiştirilebilir (Resim-7).
Tersine, suyun aşırı ısınmasını önlemek için bir yüzey üzerinde aktığı uygulamalar için, su ile yüzey arasında maksimum teması sağlamak için süperhidrofilik bir malzemeye sahip olmak arzu edilir.
Bu fenomenler neden oluyor? Esasen, kullanılan malzemelerin özelliklerine göre belirlenen bir yüzey kimyası meselesidir. Bir yüzeyin şekli de etkileri artırabilir:
Örneğin, bir malzeme 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 birlikte, özel desen türlerinin bir malzemenin sıradan özelliklerini gerçekten tersine çevirebileceği istisnalar vardır.)
İşler hareket halindeyken daha karmaşık hale gelir, gerçek dünyadaki durumlarda olduğu gibi. Örneğin, düz bir yüzey eğildiğinde, üzerindeki damlacıklar kaymaya başlayabilir ve şekillerini bozabilir.
Bu nedenle, statik temas açılarının ölçümlerinin ötesinde, bir yüzeyin özelliklerinin tam olarak anlaşılması, yüzey eğimli olduğunda ilerleyen (ön) ve geri çekilen (arka) kenarlarındaki temas açılarının nasıl farklılaştığının analizini de gerektirir.
Doğal dünya hidrofobik ve hidrofilik yüzeylerle dolu olduğundan, fenomenin temelleri bilim adamları tarafından en az iki yüzyıldır bilinmektedir.
Örneğin, nilüfer yaprağı, suda yaşayan bitkinin su basmasını önleyen, hidrofobik bir malzemenin iyi bilinen bir örneğidir.
Afrika’nın Namib Çölü’nün stenokara böceği gibi bazı türler her iki özelliği de birleştirir: Böceğin sırtı ve kanatları, sisten yoğunlaşmayı teşvik eden hidrofilik tümseklere sahiptir; 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 modern ilgi alanlarından biri enerji verimliliği ile ilgilidir. MIT’deki ve diğer yerlerdeki araştırmacılar tarafından geliştirilmekte olan süperhidrofobik yüzeyler, enerji santrali kondansatörlerinde daha iyi ısı transferine yol açarak genel verimliliklerini artırabilir. Resim-8’de nasıl atıldığını anlamamız açısından, önemli bir veridir.
Bu tür yüzeyler, tuzdan arındırma tesislerinin verimliliğini de artırabilir.
Alana yeni teknolojiler de katkıda bulundu; Bir metrenin sadece birkaç milyarda biri çapında çarpma veya çıkıntılara sahip nanopatterned yüzeyler oluşturma yeteneği, yeni nesil su tutma ve su atma malzemelerini mümkün kıldı; Hareket halindeki yüzeylerin yeni yüksek çözünürlüklü görüntülenmesi, süreçlerin daha iyi anlaşılmasını sağladı işin içinde.
Hidrofobik Örnekleri;
Hücre Zarları: Hücre zarları, fosfolipitler olarak bilinen makromoleküllerden yapılır. Fosfolipitler, moleküllerin kafalarında su çeken fosfor atomlarına sahiptir. Molekülün kuyruğu, hidrofobik moleküller olan lipitlerden yapılır. Hidrofilik kafalar suya işaret eder ve hidrofobik kuyruklar birbirine doğru çekilir.
Küçük gruplar halinde fosfolipitler miseller oluşturur. Aşağıdaki resimde görüldüğü gibi misel küçük hidrofobik bir toptur. Hidrofobik kuyruklar suyu topun ortasından dışarı atar.
Hücre zarları, fosfolipid iki tabakası olarak bilinen iki fosfolipid tabakasından oluşur. Tabakanın ortası, suyu dışarı atan ve hücrenin içeriğini dış ortamdan ayırabilen hidrofobik kuyruklardan yapılmıştır.
Hücreler, zarın hidrofobik orta kısmı boyunca su ve iyonlar gibi hidrofilik moleküllerin taşınmasına yardımcı olan zara gömülü çeşitli özel proteinlere sahiptir.
Ökaryotik hücrelerde, fosfolipid çift katmanlarından oluşturulan daha küçük keselerden hücrelerin içinde organeller oluşur.
Bilim adamları, hücrelere ilaç ve besin sağlamak için başka bir yapı oluşturmak için fosfolipitlerin hidrofobik özelliklerini kullandılar.
Yukarıdaki grafikte görüldüğü gibi lipozomlar ilaçla doldurulabilen küçük keselerdir. Zarın içine doğru proteinler gömüldüğünde, lipozom bir hedef hücrenin zarını birleştirecek ve ilacı hücrenin içine iletecektir.
Bitki Yaprakları: Birçok bitkinin yapraklarında hidrofobik kaplamalar bulunur. Yağmur ve suyun yapraklardan emilmemesi önemlidir, çünkü bu, suyun kökten yaprağa geçişine dayanan besin akışını bozar.
Suyun ozmoz yoluyla 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 neden olan çok hidrofobik bir yaprak örneği verilmiştir.
Kuş Tüyleri: Suda yaşayan birçok kuş tüylerini su girişinden korumalı ve tüylerinin üzerine suyun nüfuz etmesini önleyen hidrofobik yağlar salgılamalıdır.
“Ördeğin suyu gibi” terimini duyduysanız, bu aşama ördek tüylerinin hidrofobikliğini ifade eder. Ördekler ve diğer birçok su kuşu, su altında yiyecek toplamak için önemli miktarda zaman harcarlar. Ancak sudan çıktıklarında da uçmaları gerekir.
Suyun tüylerine nüfuz etmesine izin verilseydi, kuşlar uçamayacak kadar ağırlaşırdı. Kuşlar derilerinden ve özel bezlerinden salgıladıkları hidrofobik yağları tüylerine sürerler.
Su altına daldıklarında yağlar, suyun nüfuz etmesini önleyen hidrofobik bir bariyer oluşturur. Sonra, ortaya çıktıklarında, sadece suyu sallarlar ve uçabilirler.
İlgili Biyoloji Terimleri:
1- Hidrofilik; suya çekilen moleküller veya maddeler.
2- Polar; su ile etkileşime girebilen statik elektrik yüklerine sahip moleküller.
3- Polar olmayan; statik elektrik yüklerine sahip olmayan ve diğer polar olmayan moleküllerle sudan çok daha fazla etkileşime girme olasılığı olan moleküller.
4- Lipofilik; hidrofobikten farklı 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 çoğu doğada hidrofobiktir.
Hidrofobik maddelerin uygulamaları, yağın sulu çözeltilerden uzaklaştırılmasını, petrol sızıntısı yönetimlerini ve polar olmayan elementleri polar olanlardan ayırmak için kimyasal ayırma işlemini içerir.
Yağ veya katı yağlar su ile karıştırıldığında, suyun polar olması ve yağların ve kazların polar olmaması, özellikle hidrofobik olması nedeniyle birbiriyle karışmayacak iki ayrı tabakanın oluştuğu çok yaygın bir gözlemdir.
Hidrofobiklik örnekleri hem hayvanlarda hem de bitkilerde bulunabilir. Birçok bitki doğada hidrofobiktir, bu da yaprakların yüzeyinde hidrofobik kaplamalar olduğunu gösterir.
Kaplamanın asıl sorumluluğu, çoğunlukla besin akışını kesintiye uğratan yapraklarda su ve yağmurun adsorpsiyonunu önlemektir.
Bitkilerde nitrit akışı, suyun köklerden yapraklara akışına dayanır.
Bu nedenle, yaprakların yüzeyleri hidrofobik değilse, ozmoz süreci ve dolayısıyla ozmotik basınç bozulacak ve bu da bitkilerin beslenmesini büyük ölçüde etkileyecektir.
Nilüfer yaprağı üzerindeki hidrofobiklik olgusu Şekil 1’de gösterilmiştir. Ayrıca, nilüfer yaprağı üzerindeki mikro papillaların SEM görüntüsü de (B) ve (C) kısımlarıyla aynı şekilde gösterilmiştir.
Kuşlarda hidrofobiklik süreci eşit derecede hayati öneme sahiptir.
Kuşların vücutlarının ve tüylerinin hidrofobik yapısı, vücutlarına su girmesini önler, böylece aşırı kilo alımlarından kaçınır ve düzgün uçmalarına yardımcı olur.
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 yandan, daha önce açıklandığı gibi hidrofobik su iticidir ve bu nedenle polar olmayan yapıları nedeniyle 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 gibi terimlerin bir araya geldiği ancak iki kelimenin çok farklı kavramlar gösterdiği sıklıkla görülür. Hidrofobik maddeler su itici maddelerdir, lipofilik ise yağ seven moleküllerdir.
Silikonlar ve florokarbonlar dışında 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 çok kullanışlı bir örneğidir.
Hidrofobik etkileşimlerin termodinamiği, bir hidrofobun sulu bir ortama bırakıldığında, su molekülündeki hidrojen bağlarının hidrofob için yer açmak için kırıldığını belirtir, ancak bu, su molekülünün hidrofobik malzemelerle reaksiyona gireceği anlamına gelmez.
Ayrıca, sıkı hidrojen bağını kırmak için sisteme ısı verilmesi gerekir ve bu nedenle reaksiyon endotermiktir.
Hidrofobun yüzeyi etrafında klatrat kafes olarak bilinen 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.
Ayrıca 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 aktif hale getirmede çok önemlidir.
Etkileşimler, proteinin yüzeyini küçültmesi ve su molekülü ile istenmeyen etkileşimlerden kaçınması için bir şans verecektir.
Benzer şekilde, insan vücudundaki her hücrede bulunan fosfolipid iki tabakalı membranlar, hayatta kalmaları ve optimum çalışmaları için hidrofobik etkileşimlere de bağlıdır.
Hidrofobların Avantajları: Evsel ve endüstriyel uygulamalar için hidrofobik maddelerin kullanılmasının birçok avantajı vardır. Hidrofoblar genellikle ıslanmaya karşı dirençli ve korozyon direncini artıran düşük enerjili yüzey malzemeleridir.
Bu tür maddeler, geliştirilmiş nem tespit cihazları için ve ısı izleme borularında ve analitik numune transfer sistemlerinde nem kirlenmesini önlemek için kullanılır. Ayrıca 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 gibi çeşitli analitik tekniklerle ölçülebilir.
Burada, hidrofobikliği ölçerken parçacıkta bulunan grupların tanımlanmasının çok önemli olduğunu belirtmekte fayda 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 genellikle hidrofobik bir yüzey üzerinde akan su damlası tarafından korunur ve küresel bir şekli korur. Ayrıca, süperhidrofobik malzemeler, 150 derecenin üzerinde (>150°) nispeten daha büyük bir temas açısına sahiptir.
Hidrofilik yüzeylerle temas ettiğinde, su damlacıkları uzağa yayılır ve temas açısı genellikle küçüktür ve 90 dereceden azdır (<90°). Su damlası ile çeşitli yüzeyler arasındaki su temas açısı Şekil 2’de verilmiştir.
Süper hidrofilik için açı 5 dereceden az (0°<SüperHidrofilik<5°)., hidrofilik için açı 90 dereceden az (5°<Hidrofilik<90°) ve hidrofobik ve süperhidrofobik için açılar sırasıyla 90-150 derece (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 kadar güçlü olduğu ve böylece yüzeyi hidrofobik hale getirdiği sonucuna varılabilir.
Sonuç
Hidrofobik Tanımı: Belirli bir reaksiyon parametreleri kümesi altında suyla karışma veya reaksiyona girme korkusu genellikle 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 nedenle su ile hidrofobik maddeler arasındaki bağlantı çok dakikadır ve bu nedenle 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 tabaka ile besin akışının kesilmesinden kaçınılır. Bu nedenle, suyun akışı, topraktan hedefe gerekli besinleri taşıyan bitkinin kökünden tepesine kadar kalır.
Benzer şekilde, kuşlarda hidrofobiklik, kuşların vücutlarına tüy ve deri yoluyla su girişini ve sonuçta aşırı kilolu olmalarını önleyen ve yumuşak uçmalarına yardımcı olan suda yaşayan hayvanları önler.
Ayrıca hidrofobiklik ölçümü, su damlası ile hidrofobun yüzeyi arasındaki temas açısı hesaplanarak yapılabilir.
90 Dereceden fazla (>90°) bir temas açısı genellikle hidrofobik bir yüzey üzerinde akan su damlası tarafından korunur ve küresel bir şekli korur. Ayrıca, süperhidrofobik malzemeler, 150 derecenin üzerinde (>150°) nispeten daha büyük bir temas açısına sahiptir.
Not: Yazıdaki resimler bilgi amaçlı konulmuştur. Yayınlamasında telif ihlali anlamında sıkıntı yaşanması adına, gerekli 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/makale/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 Nelerdir?
https://teknolojiprojeleri.com/teknik/hidrofobik-kaplama-nedir-kullanim-alanlari-nelerdir
5- Hidrofobik ve hidrofilik
https://news.mit.edu/2013/hydrophobic-and-hydrophilic-explained-0716
6- Hidrofobik
https://biologydictionary.net/hydrophobic/
7-Hidrofobik
https://www.biologyonline.com/dictionary/hydrophobic
