Kaptan Amerika’nın kalkanı, evrenin en güçlü güçlerine karşı durabilen yıldızlarla kaplı bir kalkan olan vibranium sayesinde hayatta kalıyor. Bu kurgusal ve neredeyse yok edilemez element, büyük miktarlarda kinetik enerji emer ve serbest bırakır. Bu durum, gerçek malzeme bilimcileri için hayallerin ötesindedir.
“Bu oldukça ilginç bir parça çünkü aradığınız tüm mekanik özellikleri kapsıyor,” diyor şu anda Pennsylvania’daki Lehigh Üniversitesi’nde ders veren malzeme bilimci Ricardo Castro. “Kalkan her şeyde o kadar iyidir ki, malzeme bilimcileri için çok büyüleyici ve ilham vericidir.”
Castro, süper kahramanları mühendislik dersleriyle birleştiren Mühendislik Süper Kahramanlar adlı bir ders veriyor. Öğrenciler, yarattıkları şeylerin güçlü Thor’un çekicinden tam olarak ne kadar güçlü olmadığını görmelerine yardımcı olan fiziksel gösterilerle mühendislik dersleri alıyorlar.
Bu durumda gerçek dünyada Kaptan Amerika’nın kullandığı kalkan gibi bir kalkan için hangi malzemeler kullanılır? Altı Sonsuz Taşı geri almak için zaman yolculuğu yapmaktan çok daha karmaşıktır.
Thanos ile Yüzleşmek
Bir malzemenin atomik yapısı – bireysel atomların nasıl düzenlendiği – esneklik vs. sertlik gibi çeşitli özelliklere sahiptir. Metalin dayanıklılığı, atomların birbirine nasıl kaydığını ve malzemenin iç yapısını belirleyen şeylerle ilgilidir.
“Bir metalin diğerinden daha güçlü olduğunu söylemek pek mümkün değil, çünkü genellikle bunu ne için kullandığınıza bağlıdır,” diyor Castro. “Diyelim ki Thanos benim kalkanımı sıkıştırıyor ve bastırıyor. Sıkıştırmaya dayanacak bir malzemeye ihtiyacım farklı, bir kurşunu alacak bir malzemeye ihtiyacım farklıdır.”
Kompresif kuvvetlere karşı mücadele edebilen bir materyal, tungsten karbürden yapılabilir. Bu bileşikteki atomlar sıkıca paketlenmiştir ve ayrılamazlar ve basınca karşı çok dirençlidir. Aslında, mutfaklarda yaygın olarak bulunan bir seramik kupa ile çalışır. Bir seramik gibi gözenekli bir malzeme bir metal ile karıştığında, yeni ve bazen daha iyi bir karışık malzeme oluşturabilir.
“Eğer seramik malzeme metal tabakalarla kaplanırsa, aslında biraz ikili bir malzeme elde edebilirsiniz. Bu tür malzemelere metal matris kompozitleri diyoruz; metal ve seramik parçaları veya yapıların dağıtıldığı malzemeler,” diyor Castro.
Hydra’nın kurşunlarını Defetmek
Ancak, bir Avenger’ın yenmesi gereken tek güçlü dev bir yaratık değildir. Kaptan Amerika: İlk Yenilmez’de Kaptan Amerika’nın kalkanının II. Dünya Savaşı’ndaki silahlardan gelen kurşunları engellediği görülüyor. Bu işlemi gerçekleştirmek için, kalkanın hızlı ve yerel darbelerine dayanabilecek şekilde oluşturulmuş olması gerekmektedir. Kurşunları en iyi şekilde savuşturmak için, metallerin nasıl organize olduğuna bakmamız gerekiyor.
“Her metal kristallere ayrılır ve bu kristalleri oluşturan atomlar çok öngörülebilir bir şekilde bir araya gelir,” diyor Castro. “Metallerde, birden fazla kristal vardır ve bunlara taneler denir.”
Bu kristallerin yönlendirmesi bir malzemenin dayanıklılığını etkileyebilir. Hızlı merkezi bir kurşun kuvvetine dayanmak için, bir kalkan bakır-tantal alaşımı kullanabilir. Amerika Birleşik Devletleri Ordusu tarafından geliştirilen bu alaşım nanokristallidir ve küçük kristaller ve nanometre ölçeğindeki kuvvetleri kullanır. Kalkan, bakır gibi yumuşak ve şekil verilebilir bir malzemeyi tantal adı verilen nadir bir elementle karıştırır, bu elementin yüksek erime noktası ve çok sert olması nedeniyle.
“Bunu bir petek gibi düşünebilirsiniz. Bal, bakır ve balmumu ve tantal gerçekten kurşuna dayanabilen çerçeve,” diyor Castro. “Yani kurşunu durduran şey o çerçevedir ki, bu topun etkisini tutabilir ve durdurabilir.”
Ateşi Engelleme
Avengers sürekli olarak patlamalar ve alevlerle karşı karşıya kalıyor, Captain America: Kahramanların Savaşı’ndaki iç çatışmalardan Avengers: Endgame’deki uzaylı ordulara kadar. Alevi engellemek için, ısı akışını en iyi şekilde durdurabilen bir malzemeye ihtiyacınız vardır. Bu, Steve Rodgers veya Sam Wilson’ın kendilerini yanmadan tutabilmelerine olanak tanır.
Çoğu metal termal iletkenlerdir ve diğer yüzeylerden çok daha hızlı ısınabilirler. Amaçlı hava boşlukları olan seramik malzemeler bunun dengesini sağlayabilir. Seramikler, çok güçlü kovalent bağlara sahiptir ve daha iyi yalıtılmış hale gelirler.
“Bu uzay teknolojilerinde kullanılıyor. NASA, uzay aracının patlamaması için tekrar giriş ısısına dayanıklı seramik kaplamalar kullanır,” diyor Castro. Eğer seramik katmanlı, gözenekli malzemelerle kaplanmış bir metal tabakalı seramik malzeme varsa, o zaman aslında biraz ikili bir şeye sahip olabilirsiniz. Kompozit malzemeler iki malzemenin en iyi dünyasını birleştirir.
Thor’un Çekicinin Dayanmaya Çalışması
Castro’ya göre, Kaptan Amerika’nın kalkanının en heyecan verici yanlarından biri, geri zıplama yeteneğine ve topal kuvvetlere dayanabilme yeteneğine sahip olmasıdır. Gerçek dünyada, bir nesneyi bir duvara fırlattığınızda, size aynı hızda geri dönmeyecektir.
“Bu tüm fizik yasalarını çiğniyor,” diye güler Castro.
Ancak, şekil hafızalı alaşımlar gibi birkaç malzeme vardır ki bu malzemeler biraz bunun gibi davranır. Nitonol, nikel titanyum alaşımıdır ve nikel ve titanyumu karıştırarak bir dereceye kadar süper plastisiteye sahip bir malzeme oluşturur.
“Süper plastisite, malzemenin geri dönmesi ve şeklini koruyarak deforme olmadan geri dönmesi anlamına gelir,” diye açıklıyor Castro.
Bu plastisite, kalkanın Thor’un çekicinin ezici kuvvetine dayanmasına yardımcı olur.
Bir ‘Güzel Evren’
Gerçek dünyada, ölçeklenerek daha iyi ve daha sürdürülebilir malzemeler geliştirmek, muhtemelen en büyük – ancak en heyecan verici – zorluklardan biridir. Castro’ya göre, uzay, havacılık ve elektrikli araba pilleri sadece araştırmaların devam etmesinden faydalanacak birkaç alandır.
Umarım yakın zamanda bir uzaylı ordusuyla savaşmak zorunda kalmayacağız, ancak gerçek yeni malzemeler geliştirmek, Artemis astronotlarını güvenli bir şekilde uzaya göndermeye, askerleri görevlerinde korumaya ve gerektiğinde belki de New York Şehri’ni Chitauri saldırısından korumaya yardımcı olacaktır.
“Bu malzemelerin güzel bir evreni var,” diyor Castro.
