BÖLÜM1-Malzeme Bilimine Giriş

Transkript

1 BÖLÜM1-Malzeme Bilimine Giriş Malzeme bilimi ile ilgili kavramlara giriş Chapter 1-1

2 Değerlendirme 3 quiz %15 3 ödev %10 1 vize sınavı %25 1 final %50 Quiz Tarihleri: 4 Hafta 7. Hafta 15.Hafta Chapter 1 -

3 DERS MATERYALİ Materials Science and Engineering: An Introduction, W.D. Callister, Jr. and D.G. Rethwisch, 8th edition, John Wiley and Sons, Inc. (2010). Çev. Prof.Dr.Mehmet Erdoğan The Science and Engineering of Materials, Donald R. Askeland,Pradeep Prabhakar Phulé Malzeme Bilgisi ve Muayenesi, Prof.Dr. Temel Savaşkan, Derya Kitabevi Malzeme Bilgisi I, Malzeme Bilgisi II, Çev. Ahmet Aran/Şefik Güleç +OF+MATERIALS&source=bl&ots=wN2Vod9RdI&sig=uoiYw7IGmcdPCz_kljfhLGTnos4&hl=tr&ei=zNehTOzYNIyuOM XP-LUH&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=3&ved=0CDAQ6AEwAg#v=onepage&q&f=false Chapter 1-3

4 Chapter 1 -

5 Synthetic Gecko hairs necessary for spider man (New Scientist ) Chapter 1 -

6 Gecko tropik bölgelerde yaşayan küçük ve zararsız bir tür kertenkeledir. Gecko kertenkeleleri kendilerini diğer sürüngenlerden ayrıcalıklı kılan bir özelliğe sahiptirler. Duvarda, hatta tavanda düz bir yolda yürüyormuşçasına rahat hareket edebilir; tek ayakları üzerinde tepetaklak durumda asılı durabilirler. Cilalı dikey bir düzlemde bile başaşağı konumda koşturabilirler. Peki Geckonun ayaklarının zemini bu derece sıkı kavramasına imkan sağlayan ve bu sürüngenin şaşırtıcı hareketlerine olanak veren sistem nedir? Chapter 1 -

7 İlk akla gelen, Geckonun yapışkan bir madde salgılayarak tavana tutunması ihtimalidir. Ancak bu mümkün değildir, çünkü hayvanın herhangi bir yapıştırıcı üretecek salgı bezi yoktur. Ayrıca böyle bir sistem belki Geckoyu tavana yapıştıracaktır ama hareket etmesine imkan tanımayacaktır. Chapter 1 -

8 Hayvandaki üstün kavrama yeteneğinin vantuz benzeri bir yapıdan kaynaklandığı da düşünülebilir. Fakat böyle bir akıl yürütme de doğru olmayacaktır. Zira Geckonun ayakları havası alınmış bir ortamda da kusursuz iş görür. Zaten havasız ortamda bir pompa zemine de yapışamaz. Chapter 1 -

9 Araştırmalar Geckonun ayaklarındaki mekanizmanın üstün bir mühendislik örneği olduğunu ortaya çıkarmıştır. Gerçekten de bu sürüngenin ayak yapısı tırmanmak için tasarlanmıştır. Portland'taki Lewis & Clark Lisesi'nden çevre fizyoloğu Kellar Autumn ve California Berkeley Üniversitesi'nden bio-mühendis Robert Full tarafından kurulan ve Massatchusetts IS Robotics tarafından desteklenen bir ekip Geckonun nasıl tırmandığını mikroskobik açılardan incelemişlerdir. Chapter 1 -

10 Geckonun parmak uçları, tıpkı bir kitaptaki sayfalar gibi ince doku yaprakları ile kaplıdır. Her bir yaprak da, "setae" adı verilen özel bir doku ile kaplıdır. Bu dokuda tüy benzeri uzantılar yer alır ve bu uzantıların uçları da yüzlerce mikroskobik uca ayrılmaktadır. İğne başı kadar bir alanda ortalama 5000 mikro tüy vardır. Bu da hayvanın her ayağında yaklaşık yarım milyon tüyün bulunması anlamına gelmektedir. Her bir tüy kendi içinde sayıları 400 ile 1000 arasında değişen tüyümsü uzantılardan oluşmaktadır. Bundan başka dikkat çeken bir unsur da tüylerin hayvanın topuklarına bakacak biçimde yerleştirilmiş olmasıdır. Her bir ucun kalınlığı milimetrenin beş binde biri kadardır. Geckonun ayağındaki milyonlarca mikroskobik uç, değdikleri yüzeydeki atomların çekim kuvvetini kullanarak o yüzeye bir tutkal gibi yapışır nanohairs Geckolar tutunabilmek için Vander-Waals-kuvvetlerini kullanırlar Chapter 1 -

11 The seta has nanohairs The Gecko toe has microhairs (setae) Nanostructure of the Gecko toe Chapter 1 -

12 Technical surface 1 The Gecko effect Adhesion effect through Van-der-Waals-forces Contact area Technical surface 2 Technical surface Small contact area Nanohairs! Large contact area small adhesion force large adhesion force Microhair Chapter 1 -

13 Gecko adım atarken ayak tabanını yüzeye bastırır ve hafifçe geriye çeker. Böylece tüylerin zemine maksimum düzeyde temas etmesini sağlar. Diğer bir ifadeyle, tüyler yüzeydeki çıplak gözle görünmeyen mikroskobik girinti ve çıkıntılara sıkıca tutunurlar. Böylece, ayak ile yüzey arasında moleküler düzeyde zayıf bir çekim kuvveti oluşur. Bu çekim kuvveti kuantum fiziğinde "Van Der Waals kuvveti" olarak adlandırılmaktadır. Van der Waals kuvveti sizin eliniz ve duvar arasında da vardır ama çok zayıftır. Atomik seviyede bakacak olursak elinizin yüzeyi dağlarla kaplı gibidir ve sadece en tepedeki atomlar duvarla temas ederler. Ancak Geckonun ayağındaki binlerce spatula ucu tıpkı bir tutkal gibi duvara yapışır. Eğer Geckonun parmakları gerçek yapışkanla kaplı olsaydı (veya bir zamanlar bilim adamlarının sandığı gibi vantuzlarla) Geckonun her ayağını kaldırdığında bu yapışkanlığı kırmak için çok fazla enerji harcaması gerekirdi. Ancak araştırmaları yürüten ekibin bulgularına göre, Geckonun duvara değdiği açıyı değiştirmesi ayağını çekmesi için yeterli olmaktadır. Ayaktaki tüycüklerin konumu ve sıklıkları Van der Waals kuvvetini ortaya çıkarır. İşte bu kuvvet, yerçekiminin Gecko üstündeki gücüne baskın çıkar. Hayvan, ayağını kaldırmak istediğinde de ayak tabanını ileri doğru büker ve moleküler çekim kuvvetinin üstünde bir güç harcayarak tabanını kaldırır Chapter 1 -

14 Gecko-Tape Gecko Tape (with directional adhesion) is a new material still at the development stage. Directional adhesion refers to the ability of an adhesive material to grip a load in one direction and to release its grip when the direction is reversed. Chapter 1 -

15 Example Hip Implant With age or certain illnesses joints deteriorate. Particularly those with large loads (such as hip). Adapted from Fig , Callister 7e. Chapter 1-15

16 Example Hip Implant Requirements mechanical strength (many cycles) good lubricity biocompatibility Adapted from Fig , Callister 7e. Chapter 1-16

17 Example Hip Implant Adapted from Fig , Callister 7e. Chapter 1-17

18 Chapter 1-18

19 Chapter 1-19

20 Chapter 1-20

21 Chapter 1-21

22 Chapter 1-22

23 Chapter 1-23

24 Chapter 1-24

25 Chapter 1-25

26 Chapter 1-26

27 Chapter 1-27

28 Chapter 1-28

29 Chapter 1-29

30 Chapter 1-30

31 Chapter 1-31

32 Chapter 1-32

33 Chapter 1-33