Grafen Oksit Dispersiyonu
Grafen oksit, grafit kristalleri oksitlendiğinde elde edilen bir mono-atomik tabaka malzemesini ifade eder. Oksitlenme işlemini uygun kılan suda çözünme kabiliyeti nedeniyle ticari olarak temin edilebilen grafen ender malzemelerden bir tanesidir. Bu makalede sudaki grafen oksit dispersiyonunun sentezi, özellikleri ve bazı uygulamalarından bahsedeceğiz.
Grafen Oksit Dispersiyonun 7 Özelliği
1- Bir malzemenin özellikleri o malzemenin yapısı vasıtasıyla tanımlanır, ancak bu malzeme oldukça özgündür, çünkü bu materyalin kesin bir modeli yoktur. Grafen Oksit dispersiyonu, yeni uygulamalara fırsat veren olağanüstü fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikler sunar.
2- Grafen Oksit şekilsizdir, ancak genel olarak, grafen oksit, safsızlıkları koruyacak şekilde tamamen çıkarmayı amaçlayan grafen modelinin aksine, işlevsel hidroksit ve oksijen gruplarına sahip petek şeklinde karbon atomları içeren iki boyutlu bir tabaka olarak tanımlanabilir.
3-Grafen oksit, farklı olarak bazı özellikleri de barındırır. Kimyasal ve atomik yapısına bağlı olan elektrik, iletkenlik özellikleri gibi.
4- Grafen oksit dispersiyonu ayrıca, foto ışıldama, yani ışımanın yayılmasıyla ışığın yayılması gibi benzersiz optik özelliklere sahiptir. Bu özellik, biyo duyumda, flüoresan etiketlerde ve optoelektronik uygulamalarda, optik fiberde veya likit kristal ekranlarda hareket eden ışığı tespit eden sensörlerde kullanılabilmektedir.
5-Ortalama elastik modülü ve kırılmaya karşı en yüksek direnç sırasıyla 32 GPa ve 120 MPa’dır.
6-Grafen Oksit Dispersiyonu ayrıca tek tip tabakalar halinde ultra ince ve esnek bir nano yapıdadır.
7- Grafen Oksit yüksek çözünürlüğe sahiptir ve aşağıda açıklandığı gibi suda kolayca dağılır.
Grafen oksit dispersiyonunun uygulanan sektörler
-Spor aletleri ve oyuncaklar
-Boya ve Cilalar
-Otomobil sektörü
-Havacılık ve Savunma
-Güneş paneli
-Tekstil
-Piller ve Enerji
-Ekranlar
-Kauçuk ve Plastik
-Binalar
-Elektronik ve Optoelektronik
Antibakteriyel Etkinlik Testleri ve Standartları
Günümüzde kullanılan pek çok ürünün antibakteriyel özellikte olanı piyasaya sürülmektedir. Bunun için öncelikle antibakteriyeli tanımını yapmak gerekir. Antibakteriyel madde; antibakteriyel yüzey uygulamasının kullanımı yoluyla ürünlerin yüzeyinde bakterilerin üremesini engelleyen madde olarak tanımlanır.
Antibakteriyel özellikte maddelerin en popüler olanı plastik ve benzeri özelliğe sahip olan ürünlerdir.
Plastiklerde Antibakteriyel Etkinlik Testi:
Plastikler için antibakteriyel etkinlik testi ISO 22196 metoduna göre akredite olarak yapılmaktadır.
Tekstil vb. ürünlerde Antibakteriyel Etkinlik Testi:
Tekstil ürünleri için antibakteriyel etkinlik testi ISO 20743 metoduna göre gerçekleştirilmektedir.
Dezenfektanlar İçin Antibakteriyel Etkinlik Testi:
Bilindiği gibi Dezenfektanlar patojen mikroorganizmaların bulunmasından şüphe duyulan yerler veya kontaminasyon kaynağı olabilecek cihaz ya da malzemeler için kullanılan kimyasal maddelerdir.
Endüstriyel tip dezenfektanlar için TS EN 1276 standardı antibakteriyel etkinliği için kullanılmaktadır.
Medikal tip dezenfektanlar için ise TS EN 13727 standardı kullanılmaktadır.
Seramikler için fotokatalitik aktivite ile antibakteriyel etkinlik ise ISO 27447 standardına göre gerçekleştirilmektedir.
Tüm metotların ve analizin genel amacı, antibakteriyel olduğu düşünülen ürünlerin, mikroorganizmalar ile kontamine edip, analiz başlangıcında ve son aşamasındaki sonuçların logaritmik hesabı ile ürünün antibakteriyel etkiye sahip olup olmadığını değerlendirmektir.
Nano Malzemeler ve Mekanik Özellikleri
Nano malzeme Nedir?
Nano büyüklük olarak metrenin milyarda biridir.
Nano boyutlu malzemeler karbon veya gümüş gibi çeşitli minerallerden meydana gelebilir fakat nano malzeme tanımlanabilmeleri için en az tek boyutunun 100 nanometreden küçük olması gerekir.
NANO MALZEMEDE BOYUT ETKİLERİ
Aşağıdaki tabloda görüldüğü üzere boyutlarda meydana gelen azalma yüzey alanının artışına neden olur.
| Kübün kenar ölçüleri | Küp sayısı | Ortak yüzey alanı |
| 1 m | 1 | 6 m2 |
| 0.1 m | 1000 | 60 m2 |
| 0.01 m × 1 cm | 1 milyon | 600 m2 |
| 0.001 m × 1 mm | 1 milyar | 6000 m2 |
| 1 nm | 1027 | 6000 km2 |
Tablo 1(Boyut değişiminin yüzey alanına etkisi)
Nano boyuttaki malzemeler bulk malzemelere göre farklı özelliklere sahiptirler (renk ve reaktivite gibi).
30 nm tanecik yüzeyde %5 atoma;
10 nm tanecik yüzeyde %20 atoma,
3 nm tanecik yüzeyde %50 atoma sahiptir.
Boyuta bağlı olan özellikler;
Nanometre ölçeğinde özellikler önemli derecede boyuta bağlıdır.
- Termal özellikler: Ergime sıcaklığı
- Mekanik özellikler: Adezyon, kapiler kuvvetler
- Optik özellikler:Absorpsiyon ve ışığın saçılması
- Elektrik özellikler:Tünelleme akımı
- Magnetik özellikler: Süpermagnetik etki
Ergime sıcaklığı: Nano kristal boyutu düşerse, yüzey enerjisi artar ve ergime noktası azalır. Çünkü yüzey enerjisi/hacim enerjisi oranı keskin bir şekilde değişir.
Çok küçük tane boyutunda dolayı nano kristalli malzemeler, iri taneli polikristalli malzemelere göre daha farklı ve iyileştirilmiş özelliklere sahiptirler. Bu özellikler;
- Artan mukavemet/sertlik,
- Yüksek yayınım,
- Düşük yoğunluk,
- Daha yüksek elektrik direnci,
- Artan özgül ısı,
- Daha yüksek termal genleşme katsayısı,
- Daha düşük termal iletkenlik,
- Üstün nitelikli yumuşak manyetik özellikler olarak belirtilebilir.
Nano malzemelerde atomlar arası boşlukların azalmasından dolayı kafes sabitleri de azalır. Bundan dolayı Daha düşük ergime sıcaklıkları ve faz geçiş sıcaklığına sahiptirler.
Şekil 1 (Boyutun azalmasıyla ergime noktasının azalışı)
1.Mekanik Özellikler
Nano malzemelerde Young modülü, süneklik ve süper elastiklik gibi mekanik özellikler birçok araştırmacı tarafından çalışılmıştır. Nano malzemelerin mekanik özellikleri teorik mukavemete ulaşabilir (NaCl viskerlerin mekanik mukavemeti boyutları 1 mikron altına indikçe belirgin şekilde teorik mukavemete yaklaşır). Mekanik mukavemetteki artış hataların azalmasından dolayı meydana gelmektedir.Daha küçük yapılar daha az yüzey hatasına sahiptirler.
1.1)Elastik Özellikler
Şekil 2 (Nano ve mikro kristal bakırların gerçek gerilme-gerçek gerinme ilişkisi)
Nano malzemeler 4 kat daha yüksek Young modülü ve gerilme mukavemeti değerine sahiptirler. Daha az plastik deformasyona uğrarlar ve daha kırılgan yani gevrektirler.
Nano yapılı malzemelerin mukavemet ve sertliği boyutun azalmasıyla artar.
Şekil 3 (Tane boyutu ve gerilme ilişkisi)
Elastik şekil değiştirmeye karşı direnç değeri tozların sıkıştırılması ile elde edilen nano malzemelerde daha düşüktür. Bunun sebebi dışarıdan gelen hatalardan (gözenek ve çatlaklar) meydana gelmektedir.
1.2)Sertlik ve Mukavemet
Tane boyutu 1 mikrometreden büyük olan malzemelerin sertlik ve mukavemet değerleri deneysel olarak Hall-Petch ifadesi ile elde edilir;
Benzer şekilde sertlikte aşağıdaki eşitlikten elde edilir.
Nano boyuta doğru inildikçe sertlik değeri tipik olarak artar. San nano kristalli metallarin sertlik değerleri iri tanelilere göre 2-7 kat daha fazladır.
Şekil 4 ( Tane boyutu ve sertlik ilişkisi)
Nano malzemeler Frank-Reed kaynağıyla dislokasyon üretimi mümkün olmadığı için tane sınırları prosesi yardımıyla deforme olurlar.Böylece, tane sınır sürünme rejiminde azalan tane boyutuyla birlikte sertlik de azalır. Ashby-Verral süreci “tanecik sınır geçiş” sürecidir.
Yukarıdaki figür malzeme deformasyonu süresince tane sınırı değişimini göstermektedir.
1.3)Süneklik ve Tokluk
1 mikrometreden büyük tane boyutlarındaki malzemeler için süneklik (kopmadan şekil değiştirebilme kabiliyeti) ve tokluk (enerji yutum kapasitesi) değerlerinde çok kuvvetli etkisi olduğu bilinmektedir. Nano kristal metallerin süneklik ölçümlerinin sonuçları karışıktır, çünkü kristal hata ve poroziteye, yüzey işlemlerine ve test metoduna karşı oldukça duyarlıdır.
Geleneksel tane boyutlarındaki saf bakırın uzaması %60 iken, nano kristal bakırın uzama değeri %4’tür.
Geleneksel boyutlarda sünek davranış gösteren nano kristalli malzemeler, örnekte de görüldüğü gibi nano boyuta indikçe daha az süneklik, bazen de kırılgan davranış gösterirler.
1.4)Süper plastiklik davranışı
Süper plastiklik, polikristalli malzemelerin boyun vermeden veya kırılmadan çok yüksek çekme deformasyon değerleri gösterebilme kabiliyetidir. %100 – %1000 arasındaki bu tipik uzama değerleri, bu davranışın özelliklerini tanımlamada göz önüne alınır.
Tane boyutu küçüldüğünde, süper plastikliğin ortaya çıktığı sıcaklık düşer ve ortaya çıkış anındaki şekil değişimi oranı artar.
1.5)Nano- Boyuttaki Malzemelerin Deformasyon Mekanizmaları
Nano boyutun sonundaki (50-100 nm) tanelerin, test sıcaklıklarında <0.5 Tm dislokasyon aktivitesi hakim olmaktadır.
Tane boyutu azaldıkça, dislokasyon aktivitesi de azalmaktadır. Nano boyutun alt seviyelerine gelindikçe (<10 nm) yeni dislokasyonların oluşumu zorlaşmaya başlar.
KAYNAKÇA
1)Nano Etkinin Temelleri / Doç.Dr. Atilla Evcin / Afyon KocaTepe Üniversitesi/ 2016
2) Melting points, mechanical properties of nanoparticles and Hall Petch relationship for nanostructured materials/ R. John Bosco Balaguru/ B. G. Jeyaprakash/ School of Electrical & Electronics Engineering SASTRA University
Kaynak: https://www.ceyrekmuhendis.com
Köpük Metal Nedir?
Metalik köpük katı metalden oluşan ancak hacminin büyük bir bölümünü gazla dolu olan gözeneklerle oluşturan hücresel yapılar olarak bilinmektedir. Metalik köpükler, açık hücreli köpükler ve kapalı hücreli köpükler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Büyük çoğunluğu gazla dolu gözenekler olmasına rağmen oluştuğu katı metalin özelliklerini korurlar. Metalik köpük yapımında demir, nikel, çinko, titanyum, kurşun ve alüminyum kullanılmaktadır ancak metalik köpükler genellikle alüminyum metalinden yapılmaktadırlar. Bunun nedeni ise alüminyumların diğer metallere göre korozyon direncinin fazla olması, düşük ergime sıcaklığı ve düşük yoğunluğa sahip olmasıdır.
Metalik köpükler metalik özelliklerini iyi koruyabilmesinden ve oldukça hafif olmasından dolayı başta otomotiv sektörü olmak üzere bir çok alanda kullanılmaktadır ve önemi günden güne artmaktadır. Dayanıklılık ve hafifliğin önemli olduğu uzay sanayisi, demir yolu taşımacılığı ve asansör yapımlarında kullanılmaktadır. Metalik köpüklerin kullanımının artmasında bu özelliklerinin önemi vardır;
Metalik Köpük Nasıl Üretilir?
Metalik köpükleri keşfedilmesi adına ilk çalışma 1948 yılında Benjamin Sosnik tarafından yapılmıştır. Sosnik erimiş alüminyum metali içerisine civa buharlaştırarak metalik köpüğü elde eden ilk kişidir. İki türlü metalik köpük üretilebilmektedir. Açık hücreli köpükler toz metalurjisi ve döküm teknikleriyle meydana getirilebilir. Döküm teknikleriyle üretilem köpükler poliüretan köpük iskeletiyle dökülürken, toz metalurjisi yöntemiyle ise boşluk tutucuların yardımıyla meydana gelirler.
Kapalı hücreli köpüklerin meydana getirilebilmesi için ise 2 yöntem bulunmaktadır. Bunlardan ilki erimiş metale gaz enjekte etmektir. Erimiş metale gaz enjekte ederek gaz kabarcıkları meydana getirilir. Bu oluşturulan kabarcıkların yüzeye çıkmasını engellemek için erimiş metalin viskozitesi azaltılır. Viskozitesi azaltılan ve içerisinde boşluklar oluşturulan erimiş metaller soğutulma işleminin ardından metalik köpük halini alırlar. Köpük haline getirilen metaller çeşitli ekstrüzyon ve haddeleme işlemlerinin uygulanmasından sonra da istenilen şekle getirilebilirler. Ayrıca daha önceden erimiş halde olan bir metalin içinde çözülen gazın çökmesini sağlayarak veya eritilen metale köpürtücü katılarak meydana getirilebilirler.
Kullanım Alanları Nelerdir?
Metalik köpükler ağırlığının hafif olmasından ve sesi çok iyi seviyede yalıtmasından dolayı otomotiv sektöründe kullanılmaktadır. Bir otomobilin hafif olması yakıt tasarrufu ve kolay ivme kazanabilmesi açısında önemlidir. Ayrıca yüksek hızda seyir halinde oluşan sesin emilmesinde de önemli rol oynamaktadırlar. Darbeleri emme gücünün yüksek olması da otomotiv sektöründe kullanılmasının en önemli nedenlerindendir. Darbeyi emme gücünün yüksek olması ayrıca uzay sanayisinde uzay araçlarının iniş takımlarında kullanılmasına da sebep olmaktadır.
Isıya karşı direncinin yüksek olmasından ve yine ağırlığının hafif olmasından dolayı asansörlerde de kullanılmaktadırlar. Yapılar belirli denetimlerden geçmektedir ve yapılarda kullanılacak materyallerin belirli özellikleri olmalıdır. Asansörlerden de bir yangın sırasında yangına karşı dirençli olması beklenir. Bu direnci sağlamak için başta alüminyum olmak üzere kapalı hücreli metalik köpükler kullanılmaktadır. Açık hücreli metalik köpüklerin termal iletkenliği kapalı hücrelilere göre yüksektir. Bundan dolayı açık hücreliler ısı değiştirme işlemlerinde kullanılırken kapalı hücreli metal köpükler ise ısının korunmasının önemli olduğu yapılarda ve mekanizmalarda kullanılmaktadırlar.
Kaynak
www.ceyrekmuhendis.com
Hanifi Çinici – Toz Metalurjisi Yöntemi ile Alüminyum Esaslı Metalik Köpük Üretimi ( Yüksek Lisans Tezi)
METAL KÖPÜK MALZEMELER VE YÜZEY SOĞUTMADA KULLANIMI – TMMOB
Projelerimizde bize destek olmak istersen Patreon üzerinden aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
