Bir malzeme tasarlarken istediğin özelliklere ulaşmak aslında biraz sihirli bir karışım yapmak gibi. Yani, yüksek mukavemet mi istiyorsun, aynı zamanda iletken olsun, bir de biyouyumlu olsun diyorsun? Bu talepler kulağa basit geliyor ama malzemelerin dünyasında bu işler o kadar da kolay değil.
Her şey atomlarda başlıyor. Malzemenin içindeki atomlar nasıl dizilmiş, aralarındaki bağlar ne kadar güçlü, ne tür bir kristal yapıya sahip, hepsi çok önemli. Mesela, atomlar sıkı sıkıya bağlanmışsa malzeme sert oluyor, ama gevşek bağlar varsa daha esnek. Bu da, "E tamam işte, sert yapalım o zaman" diyemeyeceğin anlamına geliyor, çünkü bazen o sertlik, istediğin diğer özellikleri mahvedebilir.
Atomik seviyedeki düzenlemeleri çözmek işte bu yüzden zor. Bir malzemenin atomik yapısını anlamadan onun makroskopik (gözle görülür) özelliklerini tahmin etmek oldukça karmaşık bir iş. Yani, malzemenin yüzeyinin pürüzsüz olması için atomların nasıl bir araya geldiğini bilmek gerekiyor, ya da malzemenin biyouyumlu olması için vücudun o malzemeyle nasıl bir kimyasal etkileşime girdiğini anlamak gerekiyor. Ancak, bunlar birbirine incecik iplerle bağlı ilişkiler ve hepsini aynı anda görebilmek için ciddi teknolojiye ihtiyaç var.
Mesela, X-ışını kristalografisi kullanarak malzemenin atomik yapısını görebiliyoruz. Atomlar ne kadar güzel dizilmiş, bağlar ne kadar güçlü, bunları anlıyoruz. Elektron mikroskobu ile malzemenin yüzeyine daha yakından bakabiliyoruz. Daha sonra spektral analizler ile hangi atomlar ve moleküller var diye inceliyoruz. Bir de mekanik testler yaparak malzemeyi çekiyoruz, basıyoruz, kırıyoruz, "Bu malzeme ne kadar dayanıklı?" diye soruyoruz. Bütün bu yöntemler bir araya geliyor ve bize malzemenin tam olarak ne olduğunu anlatıyor.
Ancak malzemelerin dünyası bu kadar da basit değil. Bir malzemeyi "Hadi yüksek iletkenlik yapalım" diye tasarladığında, bu sefer mukavemetten kaybedebilirsin. Ya da biyouyumlu yapayım dediğinde, vücut ona "Yok kardeşim, bu benden değil!" diyerek tepki gösterebilir. Yani atomik dünyadan makroskopik özelliklere geçiş, düşündüğünden çok daha karmaşık bir dans gibi. İşte bu da bilimi heyecanlı kılan şeylerden biri!
Kimya bilimci Linus Pauling'in dediği gibi: “Doğada basit bir şey yoktur, bir şey basit gözüküyorsa muhtemelen yanlış anlaşılmıştır.” Malzemelerin atomik yapısından başlayıp, gözle görebildiğimiz özelliklerine kadar olan bu karmaşık ilişki tam da bunun bir örneği.[1][2][3]
Kaynaklar
- W. D. Callister. (2014). Materials Science And Engineering. ISBN: 9781118319222.
- M. D. Graef. (2007). Structure Of Materials. ISBN: 9780521651516. Yayınevi: Cambridge University Press.
- P. J. Noell, et al. (2019). Characterization Techniques In Materials Science. Elsevier BV, sf: 211-224. doi: 10.1016/j.actamat.2019.11.022. | Arşiv Bağlantısı
