Alüminyum Nitrit (AlN) Nanopartikülleri
Alüminyum nitrit (AlN) nanopartikülleri, alüminyum ve azot elementlerinden oluşan bir bileşiktir ve nanoteknoloji alanında çeşitli uygulamalara sahiptir. İşte AlN nanopartiküllerinin bazı önemli özellikleri ve uygulama alanları:
Termal Yönetim: AlN nanopartiküllerin yüksek termal iletkenlik özelliği, termal yönetim uygulamalarında kullanılmalarını sağlar. Özellikle yarı iletken cihazların soğutulması için termal arayüz malzemeleri olarak kullanılabilirler.
Elektronik ve Optoelektronik Cihazlar: AlN nanopartiküller, elektronik ve optoelektronik cihazların üretiminde kullanılır. Bu nanopartiküller, yarı iletken malzemelerin substratları, ısı yayıcıları veya elektrik yalıtkanları olarak kullanılabilirler. Ayrıca, yüksek frekanslı elektronik cihazlarda kullanılan mikroçiplerin yapımında da kullanılabilirler.
Ultraviyole (UV) Işık Emiciler ve Yansıtıcılar: AlN nanopartiküller, UV ışığını emme veya yansıtma özelliklerinden dolayı, UV ışık emicileri ve yansıtıcıları olarak kullanılabilirler. Bu uygulama, UV ışığına maruz kalan malzemelerin korunmasında veya UV ışığının belirli bir dalga boyunda kullanılmasını sağlayan optik cihazlarda önemlidir.
Aşınmaya Dayanıklı Kaplamalar: AlN nanopartiküller, aşınmaya dayanıklı kaplamaların yapımında kullanılabilir. Özellikle metal yüzeylerin kaplanmasıyla, malzemenin aşınma ve korozyona karşı dayanıklılığını artırabilirler.
Piezoelektrik ve Akustik Uygulamalar: AlN nanopartiküller, piezoelektrik özellikleri nedeniyle piezoelektrik cihazların yapımında ve akustik uygulamalarda kullanılabilirler. Örneğin, piezoelektrik sensörler, ultrasonik cihazlar ve akustik filtreler gibi uygulamalarda kullanılabilirler.
Yarı İletken Aygıtlar: AlN nanopartiküller, yarı iletken aygıtların üretiminde de kullanılabilir. Özellikle LED’ler, lazer diyotları ve güç elektroniği gibi alanlarda kullanılan yarı iletken cihazların performansını artırmak için kullanılabilirler.
Alüminyum nitrit nanopartikülleri, geniş bir uygulama yelpazesine sahip olan çok yönlü bir malzemedir. Yüksek termal iletkenlik, UV emilimi, piezoelektrik özellikler ve aşınmaya dayanıklılık gibi özellikleri nedeniyle birçok endüstriyel ve teknolojik alanda kullanılabilirler.
Titanyum Karbür (TiC) Nanopartiküller
Titanyum karbür (TiC) nanopartiküller, titanyum ve karbonun birleşmesiyle oluşan çok küçük boyutlu partiküllerdir. Bu nanopartiküller, birçok endüstriyel ve teknolojik uygulamada kullanılan önemli bir malzemedir. İşte TiC nanopartiküllerinin bazı özellikleri ve uygulama alanları:
Özellikler:
Yüksek Sertlik: TiC nanopartiküller, yüksek sertlik özelliklerine sahiptirler. Bu özellik, TiC’nin metal matrisli kompozit malzemelerde sertleştirici olarak kullanılmasını sağlar.
Yüksek Erozyon ve Aşınma Direnci: TiC nanopartiküller, yüksek erozyon ve aşınma direnci sağlarlar. Bu özellik, malzemelerin dayanıklılığını artırır ve aşınmaya karşı koruma sağlar.
Yüksek Isı Direnci: TiC nanopartiküller, yüksek sıcaklıklara dayanıklıdırlar. Bu özellik, malzemelerin yüksek sıcaklık uygulamalarında kullanılmasını sağlar, örneğin yüksek sıcaklıkta işleme ve döküm işlemlerinde.
Kimyasal Direnç: TiC nanopartiküller, birçok kimyasal maddeye karşı dayanıklıdırlar. Bu özellik, TiC’nin çeşitli endüstriyel ortamlarda kullanılmasını sağlar.
Termal İletkenlik: TiC nanopartiküller, iyi bir termal iletkendirler. Bu özellik, malzemelerin termal yönetimini artırır ve yüksek sıcaklıklarda bile ısıyı etkili bir şekilde dağıtır.
Uygulamalar:
Kesme ve Delme Araçları: TiC nanopartiküller, kesme ve delme araçlarında kullanılarak dayanıklılığı artırır ve ömrü uzatır. Bu, metal işleme endüstrisinde yaygın bir uygulamadır.
Tıbbi İmplantlar: TiC nanopartiküller, tıbbi implantlarda kullanılarak dayanıklılığı artırır ve biyouyumluğu artırır. Bu, kemik implantları ve diş implantları gibi uygulamalarda kullanılabilir.
Malzeme Güçlendirme: TiC nanopartiküller, metal matrisli kompozit malzemelerde sertleştirici olarak kullanılabilirler. Bu, uçak ve otomobil parçaları gibi yüksek mukavemetli ve hafif malzemelerin üretiminde kullanılabilir.
Termal Püskürtme Kaplamaları: TiC nanopartiküller, termal püskürtme kaplamalarında kullanılarak yüzey aşınma direncini artırır ve koruyucu kaplamaların yapılmasını sağlar.
Elektronik Uygulamalar: TiC nanopartiküller, elektronik uygulamalarda ısı dağıtımını artırmak için kullanılabilirler. Bu, yarı iletken cihazların soğutulması ve termal yönetiminin iyileştirilmesi için önemlidir.
TiC nanopartiküllerinin bu özellikleri ve uygulama alanları, bu malzemenin endüstriyel ve teknolojik uygulamalarda önemli bir rol oynadığını göstermektedir. Bu nanopartiküllerin kullanımı, malzemelerin dayanıklılığını, performansını ve verimliliğini artırabilir.
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
