Türkiye'de bilim

Kahve Lekesinden Halkalar ve Kubbeler – Itır Bakış Doğru, Sedat Nizamoğlu

Neredeyse her gün başımıza gelir masaya bir damla kahve, çay veya meyve suyu dökmek. 20 yıl öncesine kadar bu damlaların kuruduktan sonra bıraktığı halka şekillerinin bilimde birçok yenilikler getirecek bir durum olduğu akla bile gelmezdi. Günümüzde ise baskı tekniklerinden lazerlere kadar geniş uygulama alanları var.

Sıvı döküldüğünde yüzey üzerindeki damla, temas alanını en küçük hale getirmek için küresel bir başlık şeklini alıyor (Şekil 1). Çevresi boyunca sıvı yüksekliği en ince olduğundan burada buharlaşma daha hızlı gerçekleşiyor.  Damlanın kenarlarından buharlaşan sıvı (su) yerini damlanın iç tarafından gelen sıvı dolduruyor. Dışarı taşınan sıvı beraberinde içerisindeki parçacıkları da getiriyor. Parçacıkları çevreye doğru taşıma durumu buharlaşma süresince devam ediyor ve bu sayede buharlaşma tamamlandıktan sonra parçacıklar halka şeklinde lekeler olarak gözlemleniyor. Buna “kahve lekesi etkisi” deniyor [Deegan, 1997]. Adı kahve lekesi etkisi olarak yayılmış olsa da, bu etki içerisinde parçacık bulunan birçok sıvıda karşımıza çıkıyor.

Şekil 1.  Başlangıçta küresel başlık şeklindeki damla sıvı buharlaştığında geriye bir halka şeklinde lekeler kalıyor.

Bu kendiliğinden oluşan halka şekilleri şimdi bir adım daha öteye götürüldü ve farklı yüzeyler kullanılarak halka yerine 3 boyutlu kubbeler oluşturuldu. Dr. Sedat Nizamoğlu ve Dr. İskender Yılgör’ün yürütücülüğünü yaptığı çalışmada protein parçacıkları içeren bir damla bu kez tıpkı nilüfer yaprağı gibi süper hidrofobik özelliği gösteren bir yüzeye yerleştiriliyor (Şekil 2). Hidrofobik yüzeyler suyu itme özelliğine sahip. Süper hidrofobik yüzeyin etkisiyle damla bu kez küresel bir başlık değil, küre şeklini alıyor.

Şekil 2.  Süperhidrofobik bir yüzey kullanıldığında başlangıçtaki damla bir küre şeklini alıyor.

Tabanda standart kahve lekesi oluşumu aşamaları gerçekleşiyorken, parçacıklar lekenin üzerine kümelenmeye devam ediyor ve üç boyutlu bir kabuk oluşmaya başlıyor. Ancak bu aşamada yapı içerisinde hala sıvı mevcut ve buharlaşma süreci devam ediyor. Buharlaşma tamamlandıktan sonra Şekil 2 deki son karede görüldüğü gibi bir kubbe meydana gelmiş oluyor.

Itır Bakış Doğru ve Sedat Nizamoğlu (Koç Üniversitesi)

______________________________________________________\

Referans:  Deegan, Robert D., et al. “Capillary flow as the cause of ring stains from dried liquid drops.” Nature 389.6653 (1997): 827-829.

Ana Görsel: Flickr

 
Creative Commons Lisansı
Bu eser Creative Commons Atıf-GayriTicari-Türetilemez 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır.