Havadan elektrik üreten Türk
ABD'de
yaşayan genç bir Türk mühendis olan H. Doğuş Akaydın'ın piezoelektrik
malzemeleri kullanarak hava akımından elektrik ürettiği çalışması, kablosuz
iletişim teknolojisini farklı bir boyuta taşıyacak
ABD'dekİ City College of New York'ta
görev yapan, aralarında genç bir Türk mühendisin de bulunduğu bir grup
araştırmacı yaklaşık bir buçuk yıldır oldukça ilginç bir konu üzerinde
çalışmalarını sürdürüyor: Piezoelektrik malzemeler ile hava akımından elektrik
üretmek. Kablosuz iletişim teknolojisinin gelişmesi için yönünde çok önemli bir
adım olarak görülen yeni sistem sayesinde, kablosuz algılayıcılar (sensör) hava
akımının oluşturduğu titreşimleri kullanarak kendi kendilerini şarj edebilecek.
Görüşlerini aldığımız, araştırma grubunda yer alan Türk mühendis H. Doğuş Akaydın, üzerinde çalıştıkları yöntemin türbinler aracılığıyla elektrik üretmekten farklı olduğuna dikkat çekiyor: 'Türbinler, hava veya su akışındaki enerjiyi bir dinamonun dönmesi için kullanarak elektrik üretirler. Bizim yaklaşımımız ise akıştaki mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirirken dinamolar yerine piezoelektrik özelliğe sahip malzemeler kullanmayı içeriyor. Piezoelektrik malzemeler eğilip büküldüklerinde elektrik enerjisi üretirler. Örneğin taşsız çakmaklar, kol saatlerinde alarm sesini dışarı veren hoparlörler piezoelektrik etkiyle çalışırlar.' Akaydın, son yıllarda çok düşük güç tüketimli mikroelektronik cihazların geliştirilmesi ve kablosuz iletişim kavramının yaygınlaşmasıyla birlikte, çok sayıda alıcının belli bir ölçüm ortamına yayılması ve bir yandan kendi enerjilerini bulundukları ortamdan elde ederken bir yandan da yaptıkları ölçümleri bir merkeze ilettikleri telemetri çözümlerindeki artışın, farklı enerji üretim yöntemlerini tekrar gündeme taşıdığını söylüyor.
H. Doğuş Akaydın, yöntemin üretim maliyetleri açısından iyi bir seçenek olduğuna dikkat çekiyor: 'Sistem bir akışın (rüzgar, nehir, boru hatları vb) içine yerleştirilen piezoelektrik özelliğe sahip uzantılardan ve bir elektrik devresinden oluşuyor. Akıştaki çalkantılar veya yön değiştirmeler nedeniyle titreşen uzantılar tarafından üretilen elektrik enerjisi ya o an kullanılıyor ya da bir pil üzerinde depolanıyor. Yöntem uygulanabilirse, örneğin bir fabrika içine yayılmış bulunan onlarca algılayıcı için metrelerce kablo döşenmesine veya pil değiştirmek için algılayıcıya erişmeye gerek kalmayacak. Bu yöntem sayesinde yakın bir gelecekte tam bağımsız algılayıcı teknolojisi ortaya çıkabilir.'
Görüşlerini aldığımız, araştırma grubunda yer alan Türk mühendis H. Doğuş Akaydın, üzerinde çalıştıkları yöntemin türbinler aracılığıyla elektrik üretmekten farklı olduğuna dikkat çekiyor: 'Türbinler, hava veya su akışındaki enerjiyi bir dinamonun dönmesi için kullanarak elektrik üretirler. Bizim yaklaşımımız ise akıştaki mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çevirirken dinamolar yerine piezoelektrik özelliğe sahip malzemeler kullanmayı içeriyor. Piezoelektrik malzemeler eğilip büküldüklerinde elektrik enerjisi üretirler. Örneğin taşsız çakmaklar, kol saatlerinde alarm sesini dışarı veren hoparlörler piezoelektrik etkiyle çalışırlar.' Akaydın, son yıllarda çok düşük güç tüketimli mikroelektronik cihazların geliştirilmesi ve kablosuz iletişim kavramının yaygınlaşmasıyla birlikte, çok sayıda alıcının belli bir ölçüm ortamına yayılması ve bir yandan kendi enerjilerini bulundukları ortamdan elde ederken bir yandan da yaptıkları ölçümleri bir merkeze ilettikleri telemetri çözümlerindeki artışın, farklı enerji üretim yöntemlerini tekrar gündeme taşıdığını söylüyor.
H. Doğuş Akaydın, yöntemin üretim maliyetleri açısından iyi bir seçenek olduğuna dikkat çekiyor: 'Sistem bir akışın (rüzgar, nehir, boru hatları vb) içine yerleştirilen piezoelektrik özelliğe sahip uzantılardan ve bir elektrik devresinden oluşuyor. Akıştaki çalkantılar veya yön değiştirmeler nedeniyle titreşen uzantılar tarafından üretilen elektrik enerjisi ya o an kullanılıyor ya da bir pil üzerinde depolanıyor. Yöntem uygulanabilirse, örneğin bir fabrika içine yayılmış bulunan onlarca algılayıcı için metrelerce kablo döşenmesine veya pil değiştirmek için algılayıcıya erişmeye gerek kalmayacak. Bu yöntem sayesinde yakın bir gelecekte tam bağımsız algılayıcı teknolojisi ortaya çıkabilir.'
Hüseyin
Doğuş Akaydın kimdir
2006 yılında İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak Mühendisliği Bölümü'nden yüksek lisans derecesiyle mezun oldu. Halen The City College of New York Makine Mühendisliği Bölümü'ndeki doktora eğitimini sürdürüyor. Akaydın, akışlardan piezoelektrik enerji elde edilmesiyle ilgili tez çalışmalarına aynı kurumda görev yapan iki profesörle birlikte devam ediyor.
2006 yılında İstanbul Teknik Üniversitesi Uçak Mühendisliği Bölümü'nden yüksek lisans derecesiyle mezun oldu. Halen The City College of New York Makine Mühendisliği Bölümü'ndeki doktora eğitimini sürdürüyor. Akaydın, akışlardan piezoelektrik enerji elde edilmesiyle ilgili tez çalışmalarına aynı kurumda görev yapan iki profesörle birlikte devam ediyor.
Disk şeklindeki ince piezoelektrik
plakalar kullanılarak gerçekleştiri Hakkinda Genel Bilgi ve Tez Ozeti
()
(="-III- ÖZET Bu çalışmada, disk şeklindeki ince piezoelektrik
plakalar kullanılarak geniş bandlı ultrasonik dönüştürücü tasarımı
incelenmiştir. Tasarıma geçmeden önce piezoelektrik malzemelerin özellikleri,
bu malzemelere ilişkin piezoelektrik bağıntılar, bu malzemelerde ultrasonik
işaretin propagasyonu ve bu malzemeler kullanılarak ultrasonik işaretlerin
üretilmesi ve algılanması kısaca izah edilmiştir. Daha sonra, piezoelektrik
dönüştürücülerin model lenmesinde kullanılan eşdeğer devreler kısaca
tanıtılarak, yüksek duyarlılığa sahip geniş bandlı dönüştürücü tasarımında KLM
eşdeğer devresinin daha kullanışlı olduğu vurgulanmıştır. Dönüştürücülerin
tasarımı esnasında üc ana unsur göz önüne alınmıştır. Bunlar: dönüştürücünün
giriş empedansının frekansa göre değişimi, araya girme kaybı ve impuls
cevabıdır. Optimum band genişliğine ulaşmak için akustik kapılarda empedans
uygunlaştırmanın gerekliliği vurgulanarak, KLM eşdeğer devresi yardımıyla
akustik kapılarda yapılan düzenlemelerin dönüştürücünün giriş empedansı
üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Dönüştürücü ile onu kullanacak sistem
arasındaki empedans uyuşmazlığını minimuma indirerek band genişliğinin daha da
arttırılmasını ve ilgili band içerisinde daha düzgün bir araya girme kaybının
sağlanmasını temin etmek için dönüştürücünün elektriksel kapısında
yapılabilecek düzenlemeler araştırılmıştır. Bu düzenlemelerin giriş empedansı
üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Elektriksel kapıda yapılan bu
düzenlemelerle birlikte ön akustik kapıda iki adet çeyrek dalga katmanı
kullanılan dönüştürücünün arka 2 akustik kapısının hava ile ve 5 kg/m s lik
akustik empedanslı malzeme ile sonlandırılması durumunda meydana gelen araya
girme kayıpları belirlenmiştir. ön akustik kapıdan yayılan işaretin gerilim
eşdeğeriyle giriş işareti arasındaki transfer fonksiyonu belirlenip, bunun
ayrık ters Fourier dönüşümü alınarak dönüştürücünün impuls cevabı
belirlenmiştir."
(="-IV- ABSTRACT In this study, a broad-band ultrasonic transducer design with a thin piezoelectric disc plate has been investigated. Before beginning the design, the properties of piezoelectric materials, piezoelectric relations for these materials, propagation of ultrasonic signals in these materials, and generation and detection of ultrasonic signals with these materials have been given briefly. Then, shortly introducing equivalent circuits used in modelling piezoelectric transducers, it is emphasised that KLM equivalent circuit is more useful in broad-band transducer design which has high sensitivity. While transducers designs are making, three main points are taken into consideration. These are: the variation of input impedance of transducer with frequency, insertion loss and impulse response. Emphasising that the effects of impedance matching at the acoustic ports is necessary to obtain optimum bandwidth, the organization at the acoustic ports on the input impedance have been investigated with the aid of KLM equivalent circuit. Minimizing the impedance mismatching between the transducer and the system using the transducer to maintain more flat insertion loss inside the interested band and to increase the bandwidth, organization that will be made at the electrical ports of transducers are investigated. The effects of the organizations on the input impedance are determined. Additions of these organizations to the electrical port of the transducers which have two quarter wave layer at the front acoustic ports, the insertion losses are determined for air backing transducers and transducers those have back acoustic ports terminated with a material that has a value of 5 kg/m s acoustic impedance. Determining the transfer function between the voltage equivalence of the signal propagating from front acoustic port and input signal, the transducer impulse responses have been determined taking the inverse discrete Fourier transform of transfer functions."
(="-IV- ABSTRACT In this study, a broad-band ultrasonic transducer design with a thin piezoelectric disc plate has been investigated. Before beginning the design, the properties of piezoelectric materials, piezoelectric relations for these materials, propagation of ultrasonic signals in these materials, and generation and detection of ultrasonic signals with these materials have been given briefly. Then, shortly introducing equivalent circuits used in modelling piezoelectric transducers, it is emphasised that KLM equivalent circuit is more useful in broad-band transducer design which has high sensitivity. While transducers designs are making, three main points are taken into consideration. These are: the variation of input impedance of transducer with frequency, insertion loss and impulse response. Emphasising that the effects of impedance matching at the acoustic ports is necessary to obtain optimum bandwidth, the organization at the acoustic ports on the input impedance have been investigated with the aid of KLM equivalent circuit. Minimizing the impedance mismatching between the transducer and the system using the transducer to maintain more flat insertion loss inside the interested band and to increase the bandwidth, organization that will be made at the electrical ports of transducers are investigated. The effects of the organizations on the input impedance are determined. Additions of these organizations to the electrical port of the transducers which have two quarter wave layer at the front acoustic ports, the insertion losses are determined for air backing transducers and transducers those have back acoustic ports terminated with a material that has a value of 5 kg/m s acoustic impedance. Determining the transfer function between the voltage equivalence of the signal propagating from front acoustic port and input signal, the transducer impulse responses have been determined taking the inverse discrete Fourier transform of transfer functions."
Disk şeklindeki ince piezoelektrik plakalar kullanılarak gerçekleştiri tezi
için indirme izni varsa ve indiremiyorsanız yorum yazarsanız tez size mail ile
gönderilecektir. Erciyes Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği
bölümü Disk şeklindeki ince piezoelektrik plakalar kullanılarak
gerçekleştirilen geniş bandlı ultrasonik dönüştürücü tasarımı / Yüksek lisans
ve Doktora Tezi Bilgileri. Bu Tez ŞABAN ERGÜN tarafından yazılmıştır. Diğer
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği bölümü tezleri ve diğer bölümler için
menüden YÖK TEZ TARAMA sayfasına ulaşabilirsiniz. 023927 numaralı Disk
şeklindeki ince piezoelektrik plakalar kullanılarak gerçekleştiri tezi için
indirme izni Yok. Tez Anahtar Kelimleri: YÖK tez arama, Onaylandı, PDF tez
indirme, Y.DOÇ.DR. İNAN GÜLER, Tez özeti, 1992, Tez arama, Erciyes Üniversitesi
/ Fen Bilimleri Enstitüsü
``Piezoelektrik``
seramik ürettiler
GYTE öğretim üyeleri, savunma sanayisi, sonarlar ve tıbbi
ultrason cihazlarında kullanılmak üzere ithal edilen ``piezoelektrik`` seramiği
KOSGEB Teknoloji Geliştirme Merkezi`nde üreterek ihracatını yapmaya başladı.
GYTE öğretim üyeleri, savunma sanayisi, sonarlar ve tıbbi
ultrason cihazlarında kullanılmak üzere ithal edilen ``piezoelektrik`` seramiği
KOSGEB Teknoloji Geliştirme Merkezi`nde üreterek ihracatını yapmaya başladı.
''Piezoelektrik'' seramik ürettiler
GYTE öğretim üyeleri, savunma sanayisi, sonarlar ve tıbbi
ultrason cihazlarında kullanılmak üzere ithal edilen ''piezoelektrik'' seramiği
KOSGEB Teknoloji Geliştirme Merkezi'nde üreterek ihracatını yapmaya başladı.
Kayıt Tarihi: 08 Mart 2013 Cuma, 12:06 || Son güncelleme: 08
Mart 2013 Cuma, 12:06
- Hakkındaki
Müebbet Hapis İstemini Canlı İzledi!
- NSA,
35 Dünya Liderinin Telefonlarını Dinlemiş!
- 'Tam Gün
Yasa Tasarısı'nda Şok Gelişme!
- Fidan'la
İlgili Bir Şey Sorulacaksa Bana Sorulsun!
- İlk
Başörtülü Milletvekili Şahkulubey mi Olacak?
GYTE öğretim üyeleri, savunma sanayisi, sonarlar ve tıbbi
ultrason cihazlarında kullanılmak üzere ithal edilen ''piezoelektrik'' seramiği
KOSGEB Teknoloji Geliştirme
Merkezi'nde üreterek ihracatını yapmaya başladı.
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü (GYTE) öğretim üyeleri, savunma sanayisi, sonarlar ve tıbbi ultrason cihazlarında kullanılmak üzere ithal edilen ''piezoelektrik'' seramiği, Çarıova Yerleşkesi'ndeki KOSGEB Teknoloji Geliştirme Merkezi'nde üreterek ihracatını yapmaya başladı.
GYTE Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Öğretim Üyesi Prof. Dr. Sedat Alkoy, AA muhabirine yaptığı açıklamada, piezoelektrik seramiklerin yüksek katma değere sahip olduğunu vurguladı.
Alkoy, ''Burada yapmaya çalıştığımız, ithalat yoluyla sağlanan, savunma ve tıbbi uygulamalarda kullanılan bu tür seramiklerin üretimini Türkiye'de gerçekleştirmekti'' dedi.
Alkoy, ''Bu tür seramikleri Türkiye'de üretip Türkiye'nin iç ihtiyaçlarını karşılamak, aynı zamanda da yurt dışına ihraç ederek ülkeye döviz kazandırmayı arzuluyoruz'' diye konuştu.
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü (GYTE) öğretim üyeleri, savunma sanayisi, sonarlar ve tıbbi ultrason cihazlarında kullanılmak üzere ithal edilen ''piezoelektrik'' seramiği, Çarıova Yerleşkesi'ndeki KOSGEB Teknoloji Geliştirme Merkezi'nde üreterek ihracatını yapmaya başladı.
GYTE Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Öğretim Üyesi Prof. Dr. Sedat Alkoy, AA muhabirine yaptığı açıklamada, piezoelektrik seramiklerin yüksek katma değere sahip olduğunu vurguladı.
Alkoy, ''Burada yapmaya çalıştığımız, ithalat yoluyla sağlanan, savunma ve tıbbi uygulamalarda kullanılan bu tür seramiklerin üretimini Türkiye'de gerçekleştirmekti'' dedi.
Alkoy, ''Bu tür seramikleri Türkiye'de üretip Türkiye'nin iç ihtiyaçlarını karşılamak, aynı zamanda da yurt dışına ihraç ederek ülkeye döviz kazandırmayı arzuluyoruz'' diye konuştu.
A.A
Bildiğimiz Quartz Kristal basınç altında
sıkıştırılınca elektrik verir. İlginç değil mi ? Tersi olarak da bir kristalin
düşük voltajda tutulması ile frekanslar oluşur. Bildiğimiz elektrikli
cihazların ve iletişimin temeli buna dayanır. Ayrıca basit çakmaklar bile
çakmaktaşı yerine kıvılcımı elimizde bastırdığımızda çıkan elektrik kıvılcımdan
alır. Evet uçlarında kristal vardır.
Binlerce yıldır bilinip kullanılıyor, şimdi yeniden
keşfediyoruz. Teknolojimizde içinde kuartz kristal olmayan cihaz yok gibi.
Bütün makineler frekans ve zamanlama için kuartz kullanıyor. Saat çarpanları,
radyo alıcıları ve bir çok dönüştürücü ile eritilmiş kuartzdan elde edilen bir
çok şey.
http://www.gunesintamicinde.com/kuartz-kuvarz-quartz-kristal/
http://www.gunesintamicinde.com/kuartz-kuvarz-quartz-kristal/
Bazı minerallerden kesilen ince levhacıklar
düşük voltajda kendilerine özgü salınım yaparlar. “Piezo elektrik” adı verilen
bu özelliğe sahip olan minerallere örnek olarak kuvars verilebilir. c eksenine
belirli açılarda kesilen, piezoelektrik özellikli kuvars lamelleri; telsiz
yapımında, elektromanyetik dalgaların filtre edilmesinde ve hassas saat
yapımında kullanılır.
http://www.kimyaokulu.com/mineral/mineraloji/elektrik.htm
http://www.kimyaokulu.com/mineral/mineraloji/elektrik.htm
Hatta bilimadamları kaldırımların içinde bu çeşit plakalar yerleştirip yrüyen insanlar bastıkça elektrik üretmeyi bile planlıyorlar.
%50 kadın, %50 erkek oranı ile ortalama 65 kg olarak hesaplanan insan ağırlığı, 20 cm büyüklüğündeki Ecotile’lara her gün binlerce defa basınç uygulayabilir. Ecotile’daki piezo elektrik denen malzeme (pressure electricity kelimesinden türetilmiş) bu basıncı elektrik akımına çeviriyor ve karonun altındaki ufak pile gönderiyor. Piezo elektrik malzeme, quartz, rochelle tuzları, turmalin gibi doğal kristaller ile barium titanate ve lead zirconate titanates adlı iki yapay seramikten oluşuyor. Bu seramik malzeme kimyasal olarak güçlendirildiği için nemden etkilenmiyor. Karonun üzerine bir kez basmak, oldukça küçük bir miktar elektrik ortaya çıkarıyor. Ancak Taksim Meydanı’ndan hergün on binlerce ya da New York’taki Times Square’den hergün 1,5 milyon kişinin geçtiğini düşünürsek ortaya sokak lambaları için yeterli miktarda enerji çıkıyor.
http://www.istegenc.com.tr/content/teknoloji/article.asp?lngArticleID=1673
Bir çok bilgisayar yazıcısının mürekkep kartuşu piezo elektrikle çalışır.
Pieozo elektrik yöntemi; Mürekkebi püskürtmek için püskürtücü ağzın tümünü ani olarak daraltır. Piezo elektrik nedeniyle bazı kristallere bir elektrik uygulandığında kristal büzülür. Bunu için her püskürtme ağzına elektriğe duyarlı bir mürekkep kullanıldığında mürekkebin püskürtülmesini kolaylıkla kontrol edilmesini sağlayan bir piezoelektrik kristal yerleştirilmiştir. Bu yöntemde saniyede binlerce mürekkep damlasının püskürtülmesine olanak sağladığı için yeteri kadar yüksek baskı hızlarına ulaşılır. Birçok mürekkep püskürtmeli yazıcı bir sayfayı yaklaşık renkli ve siyah/beyaz durumuna göre 10 ile 20 sn arasında basar.
http://www.bilgisayardershanesi.com/donanimdersyazici.htm
Ve daha neler neler. Basit bir google araması ile yapılması planlanan dünya kadar metot bulacaksınız.
http://www.google.com/search?complete=1&hl=en&q=piezo+elektrik
http://au.encarta.msn.com/encyclopedia_761573315/Piezoelectric_Effect.html
|
Nanotechnology, Science of The Century
ÖzetçeBu çalışmada çağımızın teknolojisi olan nanoteknolojinin tanımı, tarihi gelişimi hakkında bilgiler verilmiştir. Bu gelişim sonucu ortaya çıkan kullanım alanları ve amaçları özetlenmiştir. Ayrıca Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektronik Malzemeler Araştırma ve Uygulama Merkezi bünyesinde gerçekleştirilen çalışmalar hakkında bilgiler verilmiştir. Abstract In this study information about the definition and the historical progress for the science of the century, nanotechnology was given. According to this progress, the area and the aim of the usage were summarized. Also information about the studies afforded in Dokuz Eylul University, Electronic Materials Production and Application Center were given. 1. Giriş Nanoteknoloji; nanometre ölçeğinde fiziksel, kimyasal ve biyolojik olayların anlaşılması, kontrolü ile nano boyutlarda fonksiyonel malzemelerin, araçların ve sistemlerin üretimi ve geliştirilmesi olarak tanımlanabilir. Bu teknoloji ile nano ölçekteki olayların değerlendirilip, benzerlerinin geliştirilerek uygulanmasıyla bilimde yeni ufuklar açılmaktadır. Nano ölçeğin anlamı ise atom ve molekül büyüklüğünde maddeleri kullanarak olayları kontrol etmektir [1]. 1.1. Tanımı ve Önemi Nanoteknoloji, en az bir boyutu 1-100 nm olan malzemeler, cihazlar ve sistemler ile ilgilenir. Nanometre, metrenin milyarda biri (1nm = 10-9m) olan bir uzunluk birimi olup, basitçe bir saç teli çapının 50000’de 1’i kadar uzunluğu ifade etmektedir. Bu büyüklük, çıplak gözle ve optik mikroskopla görülemediğinden çok küçük olduğu düşünülse de atom boyutunun yaklaşık olarak 5 ile 100 katı arasında değişen bir büyüklüktür. Malzemenin boyutu nanometre mertebesine kadar küçüldükçe bu malzemeye ait mekanik, elektriksel, ısıl, optik ve kimyasal özellikleri ve çevresi ile ilişkileri büyük ölçüde değişmekte, aynı malzemenin daha büyük boyutlarda göstermediği özellikler ve davranışlar gözlenmektedir [2]. Nanoteknoloji, bu davranış farklılıklarından yola çıkarak yeni, daha küçük boyutlu ve daha fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesine olanak sağlamaktadır. Böylece boyutların küçülmesi ve fonksiyonellik gibi özellikler sayesinde insanlığa enerji, ekonomi, çevre gibi endüstriyel konulardan, sağlık, biyoloji, medikal gibi tıbbi ve haberleşme, eğitim gibi sosyal konularda da sonsuz yenilikler sağlamaktadır. Nanoteknoloji; yediğimiz gıda ürünlerinden, giydiğimiz kıyafetlere, kullandığımız ilaçlardan, bilgisayarlarımızın gücüne, sürdüğümüz otomobillerden, yaşadığımız evlere kadar hayatımızın her noktasını etkileyecektir. Uzun vadede nanoteknolojinin etkisi, tarihte buhar gücünün, elektriğin veya transistörlerin kullanımı kadar belirgin olacaktır [3]. 1.2. Tarihi Gelişimi Nanoteknolojinin iyi anlaşılabilmesi ve uygulanabilmesi için tarihi gelişiminin bilinmesi önem taşımaktadır. Nanoteknoloji vizyonunun ortaya çıkışını, 1959 y ılında fizikçi Richard Feynman’ın malzeme ve cihazların moleküler boyutlarda üretilmesi ile gerçekleştirilebilmesi konusundaki ünlü konuşmasına kadar dayandırabiliriz (There is Plenty Of Room at the Bottom). Bu konuşmada Feynman, minyatürize edilmiş cihazlar ile nano yapıların ölçülebileceği ve yeni amaçlar doğrultusunda kullanılabileceğinin altını çizmiştir. Araştırmacıların daha küçük boyutlarda çalışmaya başlamasıyla birlikte birçok problem de ortaya çıkmaya başlamıştır. Boyutlar küçüldükçe, yapılan çalışmaları izlemek zorlaşmıştır. 1981 yılında IBM tarafından yeni bir mikroskop türü “Scanning Tunneling Microscope” (STM) geliştirilmiştir. Bu önemli ilerlemede pay sahibi olan araştırmacılar, bu buluşları ile 1986’da Nobel Fizik ödülünü almışlardır. Aynı zamanlarda STM mikroskobunun bir türevi olan “Atomic Force Microscope” (AFM) geliştirilmiştir. Feynman’ın bahsetmiş olduğu enstrümanların (scanning electron microscope, atomic force microscope, near field microscope vb.) 1980’lerde geliştirilmesi ve eşzamanlı olarak gelişen bilgisayar kapasiteleri ile nano skalada ölçüm ve modelleme yapılması mümkün olmuştur. 1990’ların başında Rice Üniversitesi’nde Richard Smalley öncülüğündeki araştırmacılar, 60 karbon atomunun simetrik biçimde sıralanmasıyla elde edilen futbol topu şeklindeki “fullerene” molekülü geliştirilmiştir (Şekil 1). Elde edilen molekül, 1 nanometre büyüklüğünde ve çelikten daha güçlü, plastikten daha hafif, elektrik ve ısı geçirgen bir yapıya sahiptir. Şekil 1: Fullerene molekül yapısı [4]. Bu araştırmacılar, 1996 yılında Nobel Kimya ödülünü almışlardır. 1991 yılında Japon NEC firması araştırmacılarından Sumio Iijima’nın, karbon nano tüpleri bulduğunu duyurmuştur. Karbon nano tüpler, fullerene molekülünün esnetilmiş bir şekli olup benzer şekilde önemli özelliklere sahip olduğu, çelikten 100 kat daha güçlü ve ağırlığı çeliğin ağırlığının 6’da 1’i kadar olduğu belirtilmiştir. 90’larda ayrıca Feynman’in fikirleri Eric Drexler tarafından yazılan kitapta (“Engines of Creation”) geliştirilmiştir. Drexler’ın fikirleri şüpheyle karşılanmasına karşın 1992 yılında yayınlamış olduğu kitabında (“Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation”) genel kavram ve düşüncelerini detaylı analiz ve tasarımlar ile ayrıntılı olarak anlatmıştır. 1999 yılında ABD’de Bill Clinton hükümeti nanoteknoloji alanında yürütülen araştırma, geliştirme ve ticarileştirme faaliyetlerinin hızını artırma amacını taşıyan ilk resmi hükümet programını, Ulusal Nanoteknoloji Adımını (National Nanotechnology Initiative) başlatmıştır. 2001 yılında, Avrupa Birliği, Çerçeve Programlarına Nanoteknoloji çalışmalarını öncelikli alan olarak dahil etmiştir [3]. Başta Avrupa Birliği Ülkeleri olmak üzere, Japonya, Rusya, Çin, Hindistan gibi ülkeler bu konudaki araştırma ve araştırmacılara ciddi destekler sunmaktadırlar. Türkiye’de ise nanoteknoloji konusundaki çalışmalar 2000 senesinden sonra kendini göstermeye başlamış ve birçok kurum ve kuruluş tarafından (TÜBiTAK, DPT ve Sanayi Bakanlığı vb.) bu alandaki çalışmalara destekler verilmiştir. Hatta bu bağlamda Devlet Planlama Teşkilatı’nın desteklediği Türkiye Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM) Bilkent Üniversitesi bünyesinde kurulmuştur. 2008 yılında ise benzer şekilde DPT tarafından desteklenen, bölümümüz öğretim üyeleri önderliğinde, birçok bilim insanı ve sanayi kuruluşunun da katılımıyla, hali hazırda kurulum aşamasında olan Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektronik Malzemeler Araştırma ve Uygulama Merkezi (EMUM) bünyesinde benzer çalışmaların gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir. 1.3. Vizyonu ve Getirdiği Yenilikler Nano teknolojinin farklılıkları ve sağladığı avantajlar da önemlidir. Bu durum nanoteknolojinin önemi, atomlar ve moleküller seviyesinde (1 ile 100 nanometre (nm) skalasında) çalışarak, gelişmiş ve/veya tamamen yeni fiziksel, kimyasal, biyolojik özelliklere sahip yapılar elde edilmesine imkan sağlamasından kaynaklanmaktadır [3]. Teknik açıdan açıklamak gerekirse malzeme özellikleri ve cihazların çalışma prensipleri, genel olarak 100 nm’den büyük boyutları temel alarak yapılan varsayımların sonucunda ortaya çıkarılmış geleneksel modelleme ve teorilere dayanmaktadır [3]. Geleneksel teknoloji bu boyutların altındaki durum ve özellikleri açıklamada genellikle yetersiz kalmaktadır. Bu durum ve davranışların açıklanabilmesi için nanoteknolojiye ihtiyaç duyulmaktadır. Daha sağlam, daha kaliteli, daha uzun ömürlü ve daha ucuz , daha hafif, daha küçük cihazlar geliştirme isteği birçok iş kolunda gözlenen eğilimlerdendir [3]. Bu amaç doğrultusunda ortaya çıkan bilim ve mühendislik araştırmalarında önemli bir konu olan minyatürizasyon olgusu nanoteknoloji sayesinde gerçekleştirilebilmektedir. Böylece nanoteknoloji ışığında hareket kolaylığı, enerji tasarrufu, kütle korunumu gibi olumlu özellikleri içeren malzemelerin üretimi mümkün olmuştur. Bu yeni teknolojide kullanılan malzemeler 3 grup altında incelenmektedir. Bunlar; i) ince filmler, kuantum kuyuları ve süper örgüleri içeren 2-Boyutlu yapılar, ii) nano teller, kuantum telleri, nanoçubuklar ve nanotüpler şeklindeki 1-Boyutlu yapılar ve iii) nanotanecikler ve kuantum benekleri oluşturan 0-Boyutlu yapılardır. Şekil 2.’de sırasıyla; (a) Si nano-tel dizisi, (b) 100 nm YSZ film katı oksit yakıt hücreleri ve (c) Glenn tarafından NASA’da büyütülmüş SiC nanotüpler örnek olarak verilmektedir [5-7]. Şekil 2: (a) Si nano-tel dizisi, (b) 100 nm YSZ film katı oksit yakıt hücreleri ve (c) Glenn tarafından NASA’da büyütülmüş SiC nanotüpler. Nanoteknoloji; fizik, kimya, biyoloji, matematik, malzeme bilimi, makine, elektrik-elektronik, bilgisayar, tekstil, deri, eczacılık, dişçilik ve tıp bilimlerini içeren disiplinler arası bir çalışmadır [8]. 2. Kullanım ve Uygulama Alanları Nanoteknoloji, sağladığı avantajlar sayesinde pek çok uygulama alanında kendisini göstermektedir. Bu alanlara örnekler verilecek olursa; nanotüpler, hidrojen depolama veyakıt hücreleri, fonksiyonel nanomalzemeler olarak sıralanabilir. Nano teknolojinin temelini oluşturan nanotüpler çelikten 10 kat daha fazla mukavemete sahip ve 6 kat daha hafif, hegzagonal örgüdeki karbon atomlarının oluşturduğu silindirik yapılardır. Geçiş elementlerinin eklenmesi ile nanotüpler yüksek oranda hidrojen depolama özelliği kazanmaktadırlar. Bu da ileriki yılların otomobil yakıtı olarak düşünülmektedir. Nanoteknoloji ışığında oldukça farklı amaçlarda nano malzemeler üretmek mümkündür. Bu malzemelere örnek olarak su ve kir tutmayan yüzeyler, çizilmeye karşı etkili ve parlak boya, su itici, kir tutmayan, kolay temizlenen ayna ve camlar, nanofiltreli klimalar, yosun ve deniz hayvanlarının tutunamadığı boyalar ve yüzeyler, özel polimerler sayesinde terin emilip vücudun kuru kalmasını sağlayan, su tutmayan giysiler verilebilir. Dokumada kullanılacak elektronik fiberler sayesinde; istenildiğinde renk değiştirebilen, vücudu zararlı ışınlardan koruyan, güneş enerjisinden elektrik üreterek yazın soğutan, kışın ısıtabilen giysiler üretilebilmektedir [8]. Nanoteknolojinin temel kullanım alanları; Endüstriyel, Tıp ve Sağlık, Bilimsel Araştırmalar, Nanolitografi, Yüzey işlemleri, Tekstil şeklinde belirtilebilir. Endüstriyel Alan: Mikro makineler, mikro pompalar, mikro sensörler geliştirme, optoelektronik elemanların üretimi, bir araya getirilmesi, nano boyutlu kaplamalar, monolayer katalizörlerle tepkimelerin kontrolü, nano boyutlu elemanlar arası bağlantılar, çip ve CD üretimi. Tıp ve Sağlık Alanı: Mikro-nano cerrahi (özellikle göz ve beyin cerrahisi), diyagnostik kitler, hücre, doku ve moleküler (DNA gibi) hasar belirlenmesi ve onarımı. Bilimsel Araştırmalar: Yüzey karakterizasyonu ve modifikasyonu, mikroorganizmaların taşınması, DNA-Modifikasyonu. Nanolitografi: Nano aletler kullanarak molekül ve atom düzeyindeki malzemelerin bir yere biriktirilmesi veya oradan uzaklaştırılması yaklaşımına litografi denir. Makroskopik dünyadaki robotların mikroskopik benzerlerini yaparak bunlar aracılığı ile nano skalada üretim yapmak ve makroskopik cihazları kullanarak atom ve molekülleri amaca göre yönlendirmektir. Yüzey Ýşlemleri: Nano yapılı kaplamalar elde edilerek daha iyi sürtünme, aşınma, optik, elektronik, manyetik v.b özelliklerine sahip malzemelerin elde edilmesi sağlanmaktadır. Tekstil: Isıtıcı özellik gösteren, kir tutmayan, radar absorblayan tekstiller gibi nano katkılar yapılarak kendi kendini temizleyen yüzeyler ve savunma sanayinde kullanılabilecek tekstil malzemeleri elde edilebilir. Nanoteknolojinin Günümüzdeki Tipik Uygulama Örnekleri: Karbon nanotüp ve nanolitografi, karbon lifler üreterek hidrojen bataryası olarak kullanma, nano kütüphaneler, veri d epolama (noval data storage system), hücre onarım robotları (cell repair units), gazlı içeceklerin depolandığı plastik şişelerinin monolayer silisyum dioksitle kaplanarak cam ve plastiğin üstün özelliklerinin birleştirilmesi, polietilen üretiminde zincir yapısı değişimi ile çelikten sağlam taşıyıcı halat üretimi (Kevlar), n ve p tipi transistör ve elektonik devrelerin imali, nanoteknolojik tekniklerle malzemelerde femto saniyeler gibi kısa sürelerde gerçekleşen birçok kimyasal ve fiziksel özelliğin ölçülebilmesi [7]. 3. Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektronik Malzemeler Araştırma ve Uygulama Merkezi (EMUM) Bünyesinde Yürütülen, Bilimsel ve Endüstriyel Alandaki Çalışmalar Aşağıda bölümümüz ve merkezimiz tarafından yürütülen nanoteknoloji ile ilgili projeler listelenmiştir. üKendi kendini temizleyen yüzeyler, kirli su arıtma, Goldaş AŞ - istanbul ( EUROKA, BAP Projeleri, Patent başvurusu) ü Radar absorblayan tekstiller ve nanokompozitler (TÜBiTAK Projesi) ü Magneto-optik filmler (TÜBiTAK Projesi) ü Gaz sensörleri (DPT, BAP ve TÜBiTAK Projeleri) ü Termal dedektör (Avrupa Birliği Proje önerisi) ü Superiletken malzemeler (TÜBiTAK Projesi) ü Insulatörler (2 ABD patenti, NSF Projesi) ü Nanopartiküllerin metallerle birlikte depozitlenmesi Platin PVC LTD. ŞTi.- izmir (SAN-TEZ Projesi) ü Isıtıcı özellik gösteren polimerik nanokompozitlerin tekstil ürünleri kaplanması, Ayçe Mühendislik- izmir (SAN-TEZ Proje önerisi) ü Kapasitör üretimi (DPT Projesi) ü HAP üretimi-Self assembly-Biomimetik (TÜBiTAK, DPT Projeleri, Patent başvurusu) ü Diş malzemelerinin üretimi ü Piezoelektrik malzemeler (BAP Projesi) ü Yakıt hücreleri üretimi (EMUM) ü Alev geciktirici özellik gösteren malzemeler ve tekstil ürünleri (EMUM) ü Bor karbür nanofiber ve nanotüp üretimi (BOREN Projesi) Bu çalışmalardan bazılarına örnek olarak Şekil 3’te nikel altlık üzerinde Eu2O3 filmin AFM görüntüsü ve elektro-spinning (eğirme) yöntemiyle üretilmiş Ag katkılı TiO2 nanofiberlerin taramalı elektron mikroskobunda (SEM) elde edilen görüntüsü verilmiştir. Şekil 3: (a) Nikel Altlık üzerinde Eu2O3 filmin AFM görüntüsü ve (b) elektro-spinning yöntemiyle üretilmiş Ag katkılı TiO2 nanofiberlerin SEM’de elde edilen görüntüsü. Merkezimizin aktif hale gelmesi itibari ile gündeminde olan projeler ise aşağıdaki gibidir. ü Jeoloji, Maden, Çevre, Kimya, Metalurji-Malzeme, Endüstri, Elektrik-Elektronik, Makine, Tıp bilim dallarının ortak çalışma ürünü olan, “Yer altı su havzalarından suların çıkartılması” konulu, DSi, Deniz Bilimleri Bölümü, TÜBiTAK işbirlikli araştırma projesi. (KAMAG Projesi) ü Nano gümüş üretimi (TEKNOGiRiŞiM - TÜBiTAK Projesi) ü PTC, NTC üretimi (TEKNOGiRiŞiM - TÜBiTAK Projesi) ü Elektrodepozitleme (TEKNOGiRiŞiM - TÜBiTAK Projesi) ü Sulardaki As temizliği (KOBi Başlangıç - TÜBiTAK Projesi) ü Elektrik direklerin kaplanması (KOBi Başlangıç - TÜBiTAK Projesi) ü Metalurji-Malzeme, Bilgisayar, Elektrik-Elektronik, Makine ve Ziraat bilim dallarının ortak çalışma ürünü olan “Elektronik malzeme destekli, bilgisayar kontrollü, akıllı seraların tasarlanması ve geliştirilmesi” konulu proje. (SAN-TEZ Proje önerisi) 4. Sonuçlar Nanoteknoloji konusunda yürütülen çalışmalar hiç durmadan devam etmektedir. Atomları arasındaki bağlar ve bu bağlarda yapılacak değişiklerle ne gibi farklı sonuçlar elde edebileceği araştırılmaktadır. Araştırmalar sonucunda olumlu gelişmeler elde edilmektedir ve bu sayede daha büyük adımlar atılabilecektir. Dünya genelindeki bu çalışmalara bizlerin seyirci kalmaması, aksine her alanda olduğu gibi nanoteknoloji konusunda da belirli yatırımların yapılmasının gerekli olduğu görülmektedir [9]. Dünya ülkeleri ile daha iyi rekabet edebilir hale gelmek için yatırımların yanı sıra üniversite-akademi işbirliği ve uluslararası ortaklıklar gibi oluşumlar sağlanarak ülkemizin bu pazarda yerini alması sağlanmalıdır. 5. Kaynakça [1] M. Doğan, Yüzyılın Teknolojisi Nanoteknoloji, Popüler bilim dergisi, Ekim 2004, sayı 128, Sayfa 32-36. [2] http://66.102.9.104/search?q=cache:syCooCpNSswJ: yunus.hacettepe.edu.tr/~dogan/51.ht ml [3] http://www.ceh.gen.tr/forum=ceh/archives.php/nano-teknoloji -nedir--/256 [4] http://www.mindspring.com/~kimall/Fuller [5] http://www.aip.org/mgr/png/2003/186.htm [6] http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT2002/5000/5510lienhard.html [7] Wagner et al, Thin Solid Films, Vol. 490, pp. 12 – 19 (2003). [8] http://www.kuark.org/bilim/index.php?option=com_content&task =view&id=1078&Itemid=68 [9] Introduction to Nanotechnology. By Charles P. Poole Jr. and Frank J. Owens. Wiley Interscience, New York. 2003. Orkut Sancakoglu1,2,Mustafa Erol1,2,3, Erdal Celik1,2 1. Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Dokuz Eylül Üniversitesi orkut.sancakoglu@deu.edu.tr erdal.celik@deu.edu.tr 2. Elektronik Malzemeler Araştırma ve Uygulama Merkezi, Dokuz Eylül Üniversitesi 3. Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Hitit Üniversitesi mustafaerol@hitit.edu.tr |
|
KASIM 2009 Sayı 69
|
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder