Pamuk Pil

Japonya’da oldukça prestijli firmalardan birisi olan Japan Power Plus firması çoğunlukla pamuktan organik pil üretmeyi başardı. Tabi bu pilin tek ilgi çekici yanı pamuktan üretilmiş olması değil.

Üretilen bataryalar, günümüzün baskın pil türü olan Li-ion pillere göre 20 kat hızlı şarj olabiliyor. Üstelik binlerce kez sorunsuz şarj döngüsünün sağlandığı kesin olarak kanıtlandı Pil ayrıca döngüsünü tamamlarken ısıl enerji yayımı çok düşük olduğu için harici bir soğutmaya da gerek kalmıyor. Üzerinde 6 yıllık bir çalışma sürecinin olduğu bataryalar, gerektiğinde çevreye hiç bir kirlilik yaratmadan geri dönüştürülebiliyor.

Şu an için maliyetler nedeni ile tıbbi aletlerde ve uzay projelerinde kullanılacak olan pil teknolojisinin ilerde fiyatların makul seviyelere çekilmesi halinde elektrikli araçların bataryalarında kullanılması bekleniyor.

Sadece Metalurji Ve Malzeme Mühendislerinin Bildiği 15 Şey

1. Çevrelerindeki insanlar her zaman Meteoroloji ile karıştırırlar.

Meteorolojist değillerdir! Hava durumuyla korozif ortamlar bazında ilgilenirler. Bi’ de gezeceklerse hava durumuna bakarlar.  İşte metalurji ve malzeme mühendisliği.
 

2. Pas, asla, sadece pas değildir. En sevmedikleri ortam korozif ortamdır.

Korozif ortamla, korozyonla başlayalım! Herkesin bildiği en basit korozyon “pas”tır. Pas denilen şey, demiroksit için verilmiş isimdir. Bir korozyon ürünüdür, korozyon şeklidir. Yani korozyon malzemenin çeşitli yollarla bozunarak “kütle kaybetmesi” olayıdır. Ayrıca korozyon ürünlerinin rengi (artık pas demiyoruz!) sadece kahverengi olmaz! Bakır korozyonu yeşildir. Amerikalıların Özgürlük Anıtı da bakırdan yapılmıştır ve korozyon sonucunda şimdi rengine bürünmüştür. Küçük bir gerçek daha, paslanmaz çelik de paslanır!
 

3. Bir Sevdiklerinin Adını Bir De Demirin Atom Numarasını Unutmazlar!

Metalurji ve malzeme mühendisliği, inşaat demiriyle(?) sınırlı değildir! İnşaat demiri diye bir şey yoktur! Demir dediğin saf bir elementtir ve sen onu inşaatta veya başka yerde kullanamazsın. Çünkü yeterli mukavemeti yoktur.İşte bu sebepten dolayı inşaat demiri denmez! Yapı çeliği veya donatı çeliğidir adı! Resimdeki yapı çeliğinin adı da nervürlü yapı çeliğidir! O nervürlerin eğim açıları, nervür aralıkları, nervür şekilleri vs. hepsinin bir standardı vardır. (Hadi standart bonusu: TS 708 / 2010)
 

4. Zihinlerinde Mikroyapı Fotoğrafı Çekmeye Bayılırlar.

Metalurji ve malzeme mühendisi malzemeye bakınca, bakışları metalin içine işler. Gördüğü ürünün mikroyapı fotoğrafı zihninde canlanmayana metalurjist denmez!  Bir metal sadece metal değildir! Mikroyapı fotoğrafının dili vardır, çok şey anlatır. (Resimdeki tipik bir ferrit mikroyapısıdır. Ferrit ne ola ki? Dur, sabır, anlatılacak.)
 

5. Kristal deyince akıllarına direkt yapı gelir.

Malzemelerde kristal yapı denen bir olay vardır. Bu geometrik yapı birçok etmenden etkilenir. Ayrıca bu yapı hem seramiklerde hem de metaller de mevcuttur. Atomları düzenli dizilmeyen malzemelere de amorf denir. Bunları bilmeyene de metalurji ve malzeme mühendisi denmez. Saf malzemelerin kristal yapısında atomların dizildiği noktalarda sadece o elementin atomları bulunur. Başka atomlar bu yerleri işgal ederse işte ona katı çözelti denir. Metallerde buna alaşım denir. Bazı elementler birbiri içinde %100’e kadar çözülebilir, bazıları belirli miktarlar kadar çözülebilir.
 

6. Çelik diyince aklına bu grafik (demir-sementit denge diyagramı) gelmeyene metalurjist denmez.

Çelik diyince aklına bu grafik (demir-sementit denge diyagramı) gelmeyene metalurjist denmez.. 3500’den fazla çelik türü vardır ve her geçen gün sayısı artmaktadır! (Her alaşımın kendine has bir denge diyagramı mevcuttur.) Çelik; demirin en fazla kütlece %2 karbonla alaşımlanmış halidir. Ferrit dediğimiz Fe’nin en fazla %0.025 Karbon(C) çözebildiği fazdır ve her fazın kendine has kristal yapısı, sertliği, mukavemeti gibi mekanik özellikleri bulunur. Bir malzemede birden çok faz bir arada bulunur!
 

7. Seramik malzemelerin sadece çamur olmadığını çok iyi bilirler.

Seramik malzemeler de sadece çamur değildir! Örneğin killer hidratlı alüminasilikatlardır [ (Al)2(Si)2(OH)4 ]. Yahut şişesini gördüğünüz beyaz pudra veya talk pudrası olarak bilinen ürün de aslında bir seramiktir! Talk = [ 3(MgO).4(Si(O)2).(H)2O ] Seramiklerin çok özellikleri vardır. Yani sadece pişik için kullanılmaz! Uzaysanayisinden elektronik sanayisine kadar birçok alanda karşımıza çıkar. Fırınlarda bile var!
 

8. Onlar için Plastik yoktur, Polimer malzeme vardır.

1.bp.blogspot.com

Daha polimerlerden bahsedemedik bile! Plastik olarak bilinirler. Aslında plastik denilen şey, malzemede bir şekil değiştirme türüdür. Kalıcı olarak şekil değişimini ifade eder. Polimer malzemelerin(artık plastik demiyoruz) bazıları büyük miktarlarda plastik şekil değiştirme kabiliyetine sahip oldukları için plastik denmeye başlanmış. “Termoset”i vardır, “termoplastik”i vardır, “elastomer”i vardır.  Termoset polimerler sıcaklık arttıkça sıvılaşmaya yaklaşmazlar. Bozunurlar. Termoplastikler sıcaklıkla artışıyla sıvılaşmaya doğru giderler. Elastomerler (lastik gibi) büyük elastik şekil değişimi gösterirler. Yani kuvvet kalkınca ilk hallerine dönerler. Teflon’un aslında polimer olduğunu bilirler. Teflon, DuPont firmasının patentli ürünün adıdır. Teflon politetrafloroetilen(PTFE) bir polimerdir. .Artık tabi ki plastik demiyoruz, polimer malzeme diyoruz.
 

9. Ortalığı Çok Fazla Kırıp Dökerler.

Polimerler ile plastik şekil vermeyi de anlattık. Şimdi gelelim bir sonraki safhaya. Her malzemenin mekanik özelliklerini anlatan grafikler mevcuttur. Bu grafikleri de çeşitli tahribatlı testlerle yaparlar. Örneğimiz çekme çekme testi üzerinden gerilme-şekil değiştirme (gerinim,gerinme) grafiğidir. Plastik şekil değişimine başlama noktasına akma sınırı denir, o sınırın ifade ettiği kuvvete de akma mukavemeti denir. Çekme mukavemeti de malzemenin kaldırabileceği en çok güç anlamındadır.
 

10. Her malzemeye farklı davranılacağını çok iyi bilirler.

Bir malzeme beklenen davranışı sergilemeyebilir. Bunun bir çok sebebi olabilir. Mesela malzeme göstermesi beklenen akışkanlıkta değildir. Yahut, beklenen mukavemette değildir. Bıkmazlar, usanmazlar, o sebebi bulurlar. İşte üretim de başka bir macera… Malzeme üretimi ayrıdır, ürün üretimi ayrıdır. İstenen malzemeyle istenen ürün aynı anda dahi üretilebilir. Malzeme üretiminde, hammadeden üretimden tut, geridönüşümden bırak. Ergiyikten tut, yakarak üretmekten bırak… Ürün üretimi de ayrıdır. Kaynak olur (içinde bir sürü alt tür var), talaşlı olur, plastik şekil verme olur. Olur da olur… Enjeksiyonundan, dökümüne… Çeşit çeşit, tür tür, bol bol! Var da var. Çok var… Herbiri mikroyapıyı etkiler, üründen istediğin özellikleri etkiler. Küçük bir not daha, her sıvı metal sıcak renkte görünmez. Örneğin sıvı alüminyum metalik gri renktedir. Soğuk zannedip elinizi sokarsanız, bilin ki yaklaşık 600 santigrad ile oynuyorsunuz!
 

11. Terzilikten Pek Bi’ Anlarlar.

Kompozit malzemeler temel türlerin, çeşitli yöntemlerle birlikte kullanılmasıyla ortaya çıkan malzeme grubudur. Fiberi (ip işte, ip) var, elyafı var! Birbirleriyle etkileşimleri, kendi içinde etkileşimleri, düğümleri birlikteliği bir çok şeyi incelerler. Bir zamanlar bunlar modaydı, şimdi nanomalzemeler ünlü oldu.
 

12. Ver Abime Bir Nano!

Ne meşhur oldu bu sıralar… Küçük bir not daha nano boyutta robot daha yapılamadı. Nano:  1 mm, 1 000 000 nanometredir. Yani, milimetrenin milyonda biri! Her hidrofobik(sudan korkan, su tutmayan, yani ıslanmayan) ürüne nanoteknoloji diyenlere de inanmayın arkadaş.
 

13. Malzeme Muayenesini doktor edasıyla yaparlar.

Malzeme Muayenesin’nin çeşit çeşit yöntemi vardır. Ama temelde tahribatlı ve tahribatsız olarak ayrılırlar. Sonra gelsin seviye seviye sertifikalar! Ürünü ürettik bitti, yok. Malzeme, o istenen malzeme mi? İçi dışı bir mi? Hepsine bakılır. Radyografik Muayene yapanı gördüyseniz  dozimetresiz dolaşmayın. Koşarak radyasyondan kaçılmaz!
 

14. Ne İş Yaparlar?

He he, hava durumu sunuyoruz… (!) (‘Meteoroloji’yi de “hava durumu sunuyor”a getirenlere esefle bakıyoruz!) Ülkemizde bu konu üzerine çeşitli bölümler mevcuttur. Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Malzeme Mühendisliği, Seramik Mühendisliği gibi bölümler, adı üzerinde mühendislik dallarıdır.
 

15. Titanik’in batmasının sebebi, metalurjik sebeplerdir!

Titanik’in batmasının sebebi, metalurjik sebeplerdir! Geminin su altındaki kısmında, malumunuz, su geçirmez perdelerle birbirinden ayrılmış bölümler mevcuttur. Titanik, su alırsa bu perdeler ve bölümler sayesinde geminin batması engellenir. Ancak Titanik üretilirken metalurjik etmenler tamamen gözardı edilmişti. Titanik perçinleri, içyapısı birbirinin aynısı olmayan perçinlerdi. Bazı perçinler çok daha fazla karbonluydu, bazıları az karbonluydu. Diğer bir husus da perçinlerin karbonsuzlaşmasıydı. Bu da perçinlerin farklı mekanik özellikler göstermesi demekti. Yani farklı kuvvet taşıma özellikleri vardı. Malzemeyle ilgili bilinmeyen bir etmen de aynı malzemenin farklı sıcaklıklarda farklı özellikler göstermesiydi. Titanik buz denizinde ilerken, geminin metal parçaları, sıcaklığın çok düşmesi nedeniyle gevrekleşmişti. Yani taşıyabileceğinin daha altıdaki kuvvetlerde ani kırılma gösterecekti. Çarpışma sonucu açılan delik bu sebeplerden dolayı büyümüştür. Böylece Batmayan Gemi, batmıştır…
 

Kaynak: Onedio

lityum pil

Pillerin Ölümüne Çözüm

Akıllı telefonların pil ömürleri, şüphesiz günümüzdeki en büyük problemlerden birisi. Kullanılan lityum-iyon piller, her şarj edildiğinde bir önceki sefere göre daha az dayanıyor. Belli bir kullanımdan sonra ise ömürleri, artık işe yaramayacak kadar kısalıyor. Bu sebepten dolayı herhangi bir akıllı telefonun ilk gün sunduğu pil ömrü ile bir yıl sonraki arası gözle görülür fark bulunuyor.

lityum pil

Amerika’nın Enerji Departmanı tarafından konu hakkında uzun süredir yapılan açıklamalar en nihayetinde bir sonuca bağlandı ve hem pil ömrünün kısalmasına yol açan mekanik anlaşıldı, hem de konu hakkında nasıl bir çözüm uygulanması gerektiği ortaya çıktı.

Lityum piller, enerjiden çekildikleri anda içerlerinde bulunan lityum iyonları (L+), pilin artı kutbundan, eksi kutbuna doğru susuz elektrolitlerin, elektrik enerjisi aracılığı ile taşınmasını sağlıyor. İşte bu mekanik, telefonlarımızın pilini yaratan sistem.Bu döngü her seferinde aynı verimde tekrarlanamıyor. Bu döngüyü tamamlayan lityum iyonları, pil boyunca yaptığı hareketi her tekrarladığında, elektrolitlerin fiziksel yapılarında farklılık oluşmasını engelleyemiyor.

Yakın zamanda yayınlanan iki yeni makaleyse duruma çözüm niteliğinde. Nature Communications isimli dergide yayınlanan makalelerden birisi Uluslararası DoE Laboratuvarları, diğer de Uluslararası Yenilenebilir Enerji Laboratuvarları tarafından yazıldı. Her iki çalışmanın da yazarlarından birisi olan malzeme bilimci Huolin Xin tarafından yapılan açıklamaya göre, pil malzemelerinden daha önce görmedikleri iki farklı patentin gelişimi deneyim edildi. Yaptığı basın açıklamasında; “Büyük ölçekli gözlemlerin aksine, lityum iyonun reaksiyonu esasen dağınık malzemeleri aşındırıyor ve tıpkı pasın çelik üzerindeki açığa çıkması gibi materyalin içerisindeki zayıf noktaları açığa çıkarıyor.” diyerek L+ iyonlarının iki kutup arasındaki geçiş sürecinde neden aksama yaşadıklarını keşfetmiş olduklarını vurguladı. Aynı zamanda lityum iyonlarının genel geçer döngülerini tamamlamak için bir anlamda yarış halinde olduklarını ve bu hız yüzünden kristalleştiklerinin de altını çizen Huolin  Xin, performansı düşüren bu tepkimeyi TEM, yani Transmisyon Elektron Mikroskobu aracılığı ile gözlemlediklerini de beyan etti.

“Atomik çöküntüleri kullanarak, NMC katotlarının üzerini, kristalleşmeye dayanıklı elementlerle kaplayabilir, kesici kenar teknolojisi sayesinde, mikron büyüklüğündeki tozlar aracılığı ile nano ölçekli sınırlar yaratarak farklı bir sonuca ulaşmamız işten bile değil. Hatta an itibariyle Berkeley Laboratuvarından Marca Doeff ve Feng Lin isimli iki kişi konu hakkında çalışmalarına başlamış durumdalar.” şeklindeki açıklaması da büyük merak uyandırdı.

Tüm bu önemli gelişmeler, yakın bir gelecekte sürekli tükenen pil gücü hakkında büyük yenilikleri beraberinde getirecek. Yine de anlaşılan o ki birkaç yıl daha eldeki ile idare etmek durumundayız.

Kompozit Fren Pabucu Üretildi

Türkiye’de üretimi yapılmadığından 1988’den bu yana yurt dışından yüksek maliyetle ithal edilen kompozit fren pabucu TUBİTAK desteğiyle yerli olarak üretildi.

Buharlı lokomotiflerin icadıyla 1860’lardan itibaren demir yollarında trenlerin fren yapmasını sağlayan dökme demir (pik) fren pabuçları kullanılmaya başlandı. 20. yüzyılın ortalarından itibaren dökme demir fren pabuçlarının yerini kompozit fren pabuçları almaya başladı. Kompozit frenlerin hafifliği, gürültüyü azaltması, kıvılcım oluşturmaması, düşük aşınma oranları ve uzun ömürlü olmaları kullanımını yaygınlaştırdı. Türkiye’de üretimi yapılmadığı için yurt dışından ithal edilen fren sistemi, TÜBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü, TCDD, TÜLOMSAŞ ve özel sektör işbirliğiyle tamamen yerli üretimle hayata geçirildi. Sistem hakkında bilgi veren proje yürütücüsü Dr. Mehmet Güneş, dünyada birkaç ülke tarafın- dan üretilebilen bu papuçları yerli olarak üretmenin gururunu yaşadıklarını belirtti.

tren-kompozit-fren

Türkiye’nin demir yollarında kompozit balataların 90’lı yıllardan itibaren yurt dışından ithal edilerek kullanımının giderek arttığını ve üstün özelliklerinden dolayı neredeyse tüm trenlerde kullanıldığını anlatan Güneş, “TCDD’nin yıllık fren pabucu ihtiyacı yaklaşık 300 bin adet. Türkiye’nin 2023 hedefleri içinde demir yolu ulaşımı da yer alıyor. Bu durum da dikkate alındığında gelecek yıllarda fren papucu ihtiyacının milyonlara ulaşması bekleniyor” dedi.

İki yıllık planlama, 3 yıllık da AR-GE çalışmaları sonunda Türkiye’nin ilk kez yerli imkanlarla bir kompozit fren sistemini geliştirmeyi başardığını açıklayan Dr. Mehmet Güneş, bu teknolojiyle ilgili şu bilgileri verdi:  ”Bizim son çalışmamızla başarıya ulaşan yerli üretim kompozit fren pabucu, yirmi farklı malzemenin bir araya gelmesinden oluşmaktadır. Yüzde 20’lerde performans artışı sağlaması, kullanım ömrünün altı aya kadar uzaması, hafifliği, sessiz çalışması ve maliyetinin düşük olması nedeniyle ithal ürünlere göre üstünlükler getiriyor.” Güneş, ”Tüm bu getirilerinin yanı sıra, dünyada çok büyük bir pazar payına sahip ve üretimi sadece birkaç ülke tarafından yapılabilen fren pabuçlarının yurt dışına ihraç edilmesiyle ekonomiye de önemli bir katkı sağlanabilecektir” diye konuştu.

Prof. Dr. Ahmet Topuz: ‘Avrupa standartlarında fren sistemi’

Projenin danışmanlarından Yıldız Teknik Üniversitesi öğretim üyesi Prof. Dr. Ahmet Topuz ise projenin Türkiye’de kompozit fren sisteminin yerli olarak yapılabilirliğini ortaya koyması bakımından önem taşıdığını vurguladı. Topuz, ”Ülkemiz, yerli olarak üretilebilecek ve Avrupa standartlarında bir frene sahip oldu” diye konuştu.

Mustafa Eser : ‘Tren eşittir fren’ 

TCDD Şube Müdürü Mustafa Eser de demiryollarında ”tren eşittir fren” görüşünün ağır bastığını belirterek, trenin hangi mesafede duracağının hızından daha önemli bir yere sahip olduğunu anlattı. Eser, TCDD’nin çok sayıda personelini yalnızca dökme demir fren pabuçlarının iki üç günde bir değiştirilmesi için ayırdığından yüksek iş gücü gerektirdiğini ve aynı zamanda da bu frenlerin maliyetlerinin çok yüksek olduğunu bildirdi. Yaklaşık beş yıl önce çok kapsamlı bilimsel bir çalışmanın planlamasını başlattıklarını belirten Eser, ”Bu frenlerin bir trende uygulamaya geçmesi için çok uzun dönemli Ar-Ge çalışması yapmak gerekti. Önce bir tekerlekle işe başladık. Sonra boji, vagon ve tam tren seti ile saha testlerini başarılı bir şekilde sonuçlandırdık. Saha testleri sonrası TÜBİTAK desteği ile başarılı bir şekilde sonuçlandırılan projenin sanayiye aktarımı yapılarak, tren fren balatasının yerli olarak seri üre- timi başladı” dedi.

Mustafa Eser: “Pik fren pabuçlarına göre yüzde 75 daha hafiftir”

Eser, yerli üretim kompozit frenlerin üstünlükleri ile ilgili şu bilgileri verdi: ”Fiber takviyeli kompozit malzemelerin korozyona dayanımları, ısı, ses ve elektrik izolasyonu sağlamaları da ilgili kullanım alanları için bir üstünlük sağlıyor. Kompozitlerin çekme ve eğilme mukavemeti pek çok metalik malzemeye göre çok daha yüksektir. Kompozitler, düşük ve yüksek sıcaklıktaki hava koşullarından, korozyondan ve çoğu kimyasal etkilerden zarar görmez. Tekerlek aşıntıları pik fren pabuçlarına göre çok azdır. Pik fren pabuçlarına göre yüzde 75 daha hafiftir. İşçilik ve sürtünmeyi azalttığından vagonların hatta çalışma sürelerini yükseltmiştir. Kompozit fren pabucu bileşiğinde insan sağlığını olumsuz etkileyecek; asbest, kurşun, çinko veya diğer sağlığa zararlı elementler metalik veya bileşik şeklinde kullanılmamıştır. Kompozit fren pabuçları, pik fren pabucu demir tozlarının sebep olduğu sinyalizasyon, elektrifikasyon ve lokomotiflerin elektrik sistemlerindeki arızalara neden olmaz.

Eser, kompozit fren sistemine geçilmesiyle cevher vagonlarında 8-12 ayda bir, bojili yük vagonlarında 12-14 ayda bir,yolcu vagonlarında ise 8-12 ayda bir fren pabuçlarının değiştirilmeye başlandığını belirterek, ”Kuruluşumuz, kompozit fren pabucu kullanımına geçilmesiyle yıllık olarak 30-35 milyon dolar civarında tasarruf sağladı” dedi. (Kaynak: Tübitak)