Hibrid malzemeler,
kimyasal olarak farklı komponentlerin (genellikle organik ve inorganik)
etkileşimiyle elde edilen malzemelerdir; başlangıç kompnentlerinin yapılarından
farklı spesifik yapılara sahiptirler, ancak çoğu zaman onların bazı motiflerini
ve fonksiyonlarını içerirler.
Malzemenin temel
komponenti organikse (polimer, v.s.) hibride ‘inorganik-organik’, temel komponentin
inorganik olduğu hale ‘organik-inorganik hibrid denir (kompleks metal iskeletli
yapılar, klay bazlı modifiye malzemeler, zeolitler, v.s.). Bazı özel durumlarda
dağıtılmış fazlar içeren malzemeler de (kompozitler, nanokompozitler gibi)
hibrid olarak düşünülür; örneğin, nanopartiküller veya nanoteller bir polimer
matriste dağıtıldığında elde edilen kompozit, komponentler arasındaki kimyasal
etkileşimlerle karakterize edilebildiğinde, bir hibrid malzeme sınıfına girer.
Bu tanımlama metal kompleksler gibi pek çok supramoleküler bileşiği de kapsar,
fakat bunlar genellikle ayrı bir malzeme sınıfı olarak kabul edilir. Bazan
kimyasal modifiye yüzeyli nanopartiküllere de hibrid malzeme denir.
Hibrid malzemelerin
üretiminde uygulanan metotlar arasında interkalasyon, templat sentez, sol-jel
proses ve hidrotermal sentezler sayılabilir. Doğal kompozitlerde inorganik
partiküllerin boyutu birkaç mikrondan birkaç milimetreye kadardır; dolayısıyla
malzeme (bazan gözle de görülebilecek seviyede) düzensizdir. Böyle bir
malzemede inorganik partiküllerin boyutu, malzemedeki organik kısmın moleküllerin
boyutuna kadar küçültüldüğünde (birkaç nanometre) kompozitin homojenliği
yükselir ve hatta yepyeni özellikler kazanır. Bu tür kompozitlere hibrid nanomalzemeler
denir.
Bu malzemelerin
inorganik yapı taşları nanopartiküller, makromoleküller, nanotüüpler, tabakalı
malzemelerdir (killer, tabakalı çift hidroksitler, ksirojeller gibi). Organik
yapı taşlarının sayısı muazzamdır; dolayısıyla, organik ve inorganik blokların
olası kombinasyonları çok fazladır. Amacına bağlı olarak, tüm hibrid malzemeler
yapısal, fonksiyonel (multifonksiyonel) ve biyo-organik olabilir. Bu nedenle,
çeşitli silikatlar (organik komponentli) ve bir inorganik matris içeren
substanslar fotokromik (ışıkla rengi değişen) ve elektrokromik (elektrik
yüküyle rengi değişen) malzemelerdir. Bunların optik özellikleri organik
komponentin değiştirilmesiyle değişir. Düşük molekül ağırlıklı (ilaç)
substansların nanopartiküllerle kompleksleştirilmesi veya biyopolimer bazda
supramoleküler kompleksler yaratılması sonucunda hibrid malzemeler,
nano-kogugatlar, ‘iki-yüzlü’ partiküller (Janusl partiküller) elde edilir.
Yüksek mekanik
kuvvet ve çizilmeye, sıyrılmaya karşı dirençli hibrid malzemelere dayanan
çeşitli kaplamalar yapılır. Hibridler, içerdiği inorganik
komponenetleriyle yeterli mekanik kuvvete ve organik molekülleri ile de iyi
biyouyumlulukları ndeniyle eskiden beri tıpta protez yapmada kullanılan
malzemelerdir. Hibrid katı elektrolitler, çeşitli organik molekülerin iyon- ve
elektron-iletkenlik özelliklerini, inorganik matrislerinin dayanıklılıkları ve
ısıya dirençleriyle birleştirir. Hibrid fonksiyonel malzemeler için en önemli
uygulamalardan biri vanadyum oksitin çeşitli morfolojik türevlerine dayanır;
bunlar kimyasal güç kaynakları için elektrot malzemesi üretiminde kullanılır.
Hibrid malzemeler heteroyüzey sorbentler (kromatografi için), sensörler,
heterojen katalizörler, magnetik akışkanlar, enzimlerin hareket kontrolünde,
ağır metaller ve organik kirlilikler için sorbentler üretiminde de kullanılır.
Hibridler çeşitli şekillerde elde edilebilir. Nanosilika
partiküllerin sol-jel prosesinde, tetraetilortosilikat [TEOS, Si(OC2H5)4]
gibi metal akoksidler [Si(OR)4]] veya sodyum silikat (Na2SiO3)
gibi inorganik tuzlar, katalizör olarak mineral asit veya bazın bulunduğu bir
ortamda hidrolizlenir ve kondensasyon reaksiyonuna sokulur. Örneğin, sol-jel
metoduyla poliimid/silika hibridlerin sentezinde aşağıdaki Şekildeki gibi bir proses rotası izlenebilir.
Poliimid/silika hibrid üretimi sol-jel prosesi
