ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ

Ebat: px
Şu sayfadan göstermeyi başlat:

Download "ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ"

Transkript

1 ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ MİKRO MANYETİK SOĞUTUCULARDA KULLANILACAK Ni-Mn TABANLI MANYETİK İNCE FİLMLERİN ÜRETİMİ VE BUNLARIN YAPISAL, MANYETİK VE MANYETİK SOĞUTMA ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Emir ENÖNLÜ FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 2017 Her hakkı saklıdır

2

3

4 ÖZET Yüksek Lisans Tezi MİKRO MANYETİK SOĞUTUCULARDA KULLANILACAK Ni-Mn TABANLI MANYETİK İNCE FİLMLERİN ÜRETİMİ VE BUNLARIN YAPISAL, MANYETİK VE MANYETİK SOĞUTMA ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Emir ENÖNLÜ Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. İlker DİNÇER Bu tez çalışmasında, mikro manyetik soğutucularda kullanılabilecek üstün manyetik soğutma özelliği gösteren manyetik ince filmlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda NiCoMnIn, NiCoMnAl, NiMnGa manyetik ince filmleri ve NiCoMnIn ile NiMnGa ince filmlerinin tabakalarını oluşturduğu 4 tabakalı ve 8 tabakalı ince filmler üretilmiştir. Elde edilen manyetik ince filmlerin yapısal, manyetik ve manyetik soğutma özellikleri incelenmiştir. Üretilen manyetik ince filmler magnetron sıçratma tekniği ile Vaksis PVD Midas 4M-2T ince film sistemi kullanılarak elde edilmiştir. NiCoMnIn ve NiMnGa ince filmleri alaşım hedef kullanılarak, NiCoMnAl ince filmleri ise element hedefler kullanılarak üretilmiştir. Elde edilen manyetik ince filmlerin kompozisyon analizleri ZEISS EVO40 model ve JEOL JSM-6610 model taramalı elektron mikroskopları ile yapılmıştır. Yüzeylerinin yapısal özellikleri atomik kuvvet mikroskobu ile incelenmiştir. Kalınlık ölçümleri Veeco Dektak 150 model profilometre ile yapılmıştır. İnce filmlerin manyetik özellikleri ise manyetik kuvvet mikroskobu ve titreşimli örnek manyetometresi ile incelenmiştir. Yapılan kompozisyon analizi sonuçlarına göre en uygun kompozisyon değerine sahip manyetik ince filmler, 1 no lu ve 2 no lu NiCoMnIn ince filmleri ve 1 no lu, 2 no lu ve 8 no lu NiMnGa ince filmleri olarak belirlenmiştir. Ayrıca teorik hesaplar ile sahip olacağı kompozisyonunun önceden belirlendiği NiCoMnAl ince filmlerinin teorik olarak hesaplanan kompozisyona sahip oldukları görülmüştür. NiCoMnIn ince filmlerinin mıknatıslanma sonuçlarına göre 1 no lu ince filmde yapısal faz geçişi gözlemlenirken 2 no lu ince filmde yapısal faz geçişi gözlemlenememiştir. NiMnGa, NiCoMnAl ve tabakalı ince filmlerin her birinde yapısal faz geçişi gözlemlenmiştir. Yapılan manyetik karakterizasyonlara göre 1 no lu NiCoMnIn ince filmi, 2 no lu NiMnGa ince filmi, 3 no lu NiCoMnAl ince filmi ve 4 tabakalı ince filmi en uygun ince filmler olarak seçilerek Maxwell bağıntısı yardımı ile manyetik entropi değişimleri hesaplanmıştır. Manyetik entropi değişimleri 1.8 T lık manyetik alan değişiminde 1 no lu NiCoMnIn ince filmi için 3.6 J/Kg.K, 2 no lu NiMnGa ince filmi için 2.1 J/Kg.K, 3 no lu NiCoMnAl ince filmi için 3.4 J/Kg.K ve 4 tabakalı ince film için -1.6 J/Kg.K bulunmuştur. Bu manyetik entropi değişimi sonuçlarına göre NiCoMnIn, NiCoMnAl ve NiMnGa ince filmleri ters manyetokalorik etki göstermektedir. 4 tabakalı ince film ise normal manyetokalorik etki göstermektedir. Nisan 2017, 133 sayfa Anahtar Kelimeler: Manyetik ince film, Manyetokalorik etki, Mikro manyetik soğutma, Tabakalı ince film, NiCoMnIn, NiCoMnAl, NiMnGa, Heusler alaşımları, Manyetik entropi değişimi ii

5 ABSTRACT Master Thesis FOR MİCRO MAGNETİC REFRİGERATOR, Nİ-MN BASED MAGNETİC THİN FİLMS PRODUCTİON AND INVESTİGATİON OF THEİR STRUCTURAL, MAGNETİC AND MAGNETİC COOLİNG PROPERTİES Emir ENÖNLÜ Ankara University Graduate School of Natural and Applied Science Department of Engineering Physics Supervisor: Prof. Dr. İlker DİNÇER In this thesis, it is aimed to develop magnetic thin films which can be used in micro-magnetic coolers with superior magnetic cooling characteristics. For this purpose, NiCoMnIn, NiCoMnAl, NiMnGa magnetic thin films and 4 layer and 8 layer thin films which composed of NiCoMnIn and NiMnGa thin film layers have been produced. Structural, magnetic and magnetic cooling properties of the obtained magnetic thin films were investigated. Produced magnetic thin films were obtained by using the "Vaksis PVD Midas 4M-2T" thin film system with magnetron sputtering technique. NiCoMnIn and NiMnGa thin films were fabricated using alloy targets, and NiCoMnAl thin films were fabricated using element targets. Composition analyzes of the obtained magnetic thin films were made with "ZEISS EVO40" model and "JEOL JSM-6610" model scanning electron microscopes. Structural features of the surfaces were investigated by atomic force microscopy. The thickness measurements were made with "Veeco Dektak 150" model profilometer. Magnetic properties of thin films were investigated by magnetic force microscopy and vibrating sample magnetometer. According to the results of the composition analysis, the most suitable compositions are magnetic thin films, NiCoMnIn thin films no. 1 and no. 2, NiMnGa thin films no. 1, no. 2 and no. 8 Respectively. In addition, it has been found that NiCoMnAl thin films, whose composition has already been determined with theoretical calculations, have theoretically calculated composition. According to the magnetization results of NiCoMnIn thin films, structural phase transition was observed in thin film no. 1, but structural phase transition was not observed in thin film no. 2. Structural phase transition was observed in each of NiMnGa, NiCoMnAl and layered thin films. According to magnetic characteristics, NiCoMnIn thin film no. 1, NiMnGa thin film no. 2, NiCoMnAl thin film no. 3 and 4 layer thin film were selected as the most suitable thin films and magnetic entropy changes of this thin films were calculated with Maxwell's relation. The magnetic entropy changes were 3.6 J/Kg.K for NiCoMnIn thin film no. 1, 2.1 J/Kg.K for NiMnGa thin film no. 2, 3.4 J/Kg.K for NiCoMnAl thin film no.3 and -1.6 J/Kg.K for 4 layer thin film. According to the result of this magnetic entropy change, NiCoMnIn, NiCoMnAl and NiMnGa thin films show reverse magnetocaloric effect. 4 layer thin film shows normal magnetocaloric effect. April 2017, 133 pages Key words: Magnetic thin film, Magnetocaloric effect, Micro-magnetic cooling, Layered thin film, NiCoMnIn, NiCoMnAl, NiMnGa, Heusler alloys, Magnetic entropy change iii

6 TEŞEKKÜR Tez çalışmam süresince her türlü bilgi birikimini benimle paylaşan, akademik olarak gelişmeme yardımcı olan ve çalışmalarımla ile ilgili beni yönlendiren çok değerli danışman hocam Sayın Prof. Dr. İlker DİNÇER e (Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı) En az danışman hocam kadar çalışmalarımda beni destekleyen, yüksek lisans eğitimi süresince bilgilerinden yararlandığım, insani ve ahlaki değerleri ile de örnek edindiğim, ayrıca yanında çalışmaktan da onur duyduğum değerli hocam Sayın Prof. Dr. Yalçın ELERMAN a (Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı) Arada mesafeler olmasına rağmen bana çalışmalarımda çok yardımcı olan, sabrını ve bilgisini esirgemeyen Sayın Yrd. Doç. Dr. Ercüment YÜZÜAK a (Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Nanoteknolojiler Anabilim Dalı) Her zaman bana destek olan, her türlü yardımı yapan grup arkadaşlarım, Yakup ÜNAL, Melike KAYA ve Mert Miraç ÇİÇEK e teşekkürlerimi sunarım. Yüksek lisans tez çalışmamı 0648.STZ.2014 no lu SANTEZ projesi kapsamında destekleyen T.C. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı na ve Aselsan Elektronik Sanayi ve Ticaret A.Ş ye teşekkür ederim. Bu günlere gelmemde büyük pay sahibi olan çok sevgili aileme ve dostlarıma teşekkürlerimi sunarım. Emir ENÖNLÜ Ankara, Nisan 2017 iv

7 İÇİNDEKİLER TEZ ONAY SAYFASI ÖZET... i ABSTRACT... iii TEŞEKKÜR... iv SİMGELER DİZİNİ... vii ŞEKİLLER DİZİNİ... ix ÇİZELGELER DİZİNİ... xv 1. GİRİŞ KURAMSAL TEMELLER Manyetizma Diyamanyetizma Paramanyetizma Ferromanyetizma Antiferromanyetizma Ferrimanyetizma Heusler Alaşımları Heusler alaşımlarının yapısal özellikleri Ni-Mn tabanlı Heusler alaşımlarının özellikleri Heusler alaşımlarının manyetik özellikleri Manyetik şekil hafıza özelliği Martensitik Dönüşüm Gibbs serbest enerjisi Manyetokalorik Etki (MKE) Manyetokalorik etkinin termodinamiği Ni-Mn tabanlı Heusler alaşımlarında manyetokalorik etki Manyetik Soğutma MATERYAL VE YÖNTEM İnce Filmlerin Üretimi Sıçratma tekniği Magnetron sıçratma tekniği Vaksis PVD Midas 4M-2T ince film sistemi İnce Filmlerin Yapısal Karakterizasyonu Taramalı elektron mikroskobu (SEM) v

8 3.2.2 Atomik kuvvet mikroskobu (AKM) Profilometre İnce Filmlerin Manyetik Karakterizasyonu Titreşimli örnek manyetometresi (VSM) Manyetik kuvvet mikroskobu (MKM) Manyetik kuvvet mikroskobunda görüntü oluşumunun temelleri ARAŞTIRMA BULGULARI Tek Katmanlı İnce Filmler Ni-Co-Mn-In ince filmleri Ni-Co-Mn-In ince filmlerinin yapısal özelliklerinin incelenmesi Ni-Co-Mn-In ince filmlerinin manyetik özelliklerinin incelenmesi Ni-Mn-Ga ince filmleri Ni-Mn-Ga ince filmlerinin yapısal özelliklerinin incelenmesi Ni-Mn-Ga ince filmlerinin manyetik özelliklerinin incelenmesi Ni-Co-Mn-Al ince filmleri Ni-Co-Mn-Al ince filmlerinin yapısal özelliklerinin incelenmesi Ni-Co-Mn-Al ince filmlerinin manyetik özelliklerinin incelenmesi Çok Tabakalı İnce Filmler Çok tabakalı ince filmlerin yapısal özelliklerinin incelenmesi Çok tabakalı ince filmin manyetik özelliklerinin incelenmesi TARTIŞMA VE SONUÇ KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ vi

9 SİMGELER DİZİNİ A s A f C F G H H d I M m e M s M f μ P P A P M S S E S L T T C T N U V Q q Z ω X σ Austenit başlangıç sıcaklığı Austenit bitiş sıcaklığı Isı sığası Helmholtz Serbest Enerjisi Gibbs Serbest Enerjisi Entalpi Manyetik alan azaltılırken malzeme üzerinde kalan alan Akım Mıknatıslanma Elektronun kütlesi Martensit başlangıç sıcaklığı Martensit bitiş sıcaklığı Manyetik moment Basınç Austenit örgünün nokta grupları Martensit örgünün nokta grupları Entropi Elektronik Entropi Örgü Entropisi Sıcaklık Curie sıcaklığı Neel sıcaklığı Sistemin iç enerjisi Hacim Isı Durum fonksiyonu Atom numarası Larmor Frekansı Manyetik alınganlık Stres vii

10 ɛ ΔH ΔS iso ΔS M ΔT ad Zor Manyetik alan değişimi Eş ısıl entropi değişimi Eş ısıl manyetik entropi değişimi Adyabatik sıcaklık değişimi Kısaltmalar AKM AFM CFC EDX DM FM FM* HCFC MKM MCE PM SEM VSM Atomik kuvvet mikroskobu Antiferromanyetik Kloroflorokarbon Enerji dağılımlı X-ısını spektrometresi Diyamanyetik Ferromanyetik Ferrimanyetik Hidrokloroflorokarbon Manyetik kuvvet mikroskobu Manyetokalorik Etki Paramanyetik Taramalı elektron mikroskobu Titreşimli örnek manyetometresi viii

11 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 2.1 Manyetik Periyodik Tablosu... 3 Şekil 2.2 Diyamanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi... 4 Şekil 2.3 Diyamanyetik malzemenin M-H ve X-T eğrileri... 4 Şekil 2.4 Paramanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi... 5 Şekil 2.5 Paramanyetik malzemenin M-H ve X-T eğrileri... 5 Şekil 2.6 Ferromanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi... 6 Şekil 2.7 Ferromanyetik malzemenin M-H eğrisi... 7 Şekil 2.8 Ferromanyetik malzemenin histerisis eğrisi... 7 Şekil 2.9 Ferromanyetik malzemelerde mıknatıslanmanın ve alınganlığın sıcaklığa bağlı grafiği... 8 Şekil 2.10 Antiferromanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi... 9 Şekil 2.11 Ferrimanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi... 9 Şekil 2.12 Heusler alaşımlarının kristal yapısı Şekil 2.13 Ni-Mn tabanlı bazı Heusler alaşımlarının e/a oranına göre dönüşüm sıcaklıkları ve kristal yapıları (Planes vd. 2009) Şekil 2.14 İleri(siyah) ve ters (kırmızı) martensitik dönüşümün karakteristik dönüşüm sıcaklıkları Şekil 2.15 Farklı martensit varyanlar ve kübikten tetragonale martensitik dönüşüm için ilgili dönüşüm matrisleri( ϵ a =a/a 0, ϵ c =c/a 0 ) Şekil 2.16 Gibbs Serbest Enerjisi (a) austenit (turuncu) ve martensit (mavi) Gibbs serbest enerjilerinin alana ve sıcaklığa bağlılığı. Alanın yanısıra yüksek sıcaklıkta austenit fazı dengede tutar. (b) de alana bağlılığı verilen T t (H) yi temsil eden faz sınırları yeşil çizgi ile vurgulanmıştır Şekil 2.17 Uygulanan H 1 ve H 2 alanı için toplam entropinin sıcaklığa bağlılığı Verilen sıcaklık için hem manyetik entropi değişimi ΔS M (T) ΔH hem de adyabatik sıcaklık değişimi ΔT ad (T) ΔH sırasıyla dik ve yatay olarak gösterilmiştir (Pecharsky vd. 2001) Şekil 3.1 Sıçratma mekanizması Şekil 3.2 Magnetron Sıçratma Sistemi Şekil 3.3 Magnetronu oluşturan mıknatısların yerleşimi ve manyetik alan çizgilerinin oluşumu Şekil 3.4 Vaksis PVD Midas 4M-2T İnce Film Sistemi Şekil 3.5 Gelen ışının uyarımı ile örnek yüzeyinden çıkan elektronlar ve x ışınları ix

12 Şekil 3.6 Taramalı elektron mikroskobu şematik gösterimi (Anonymous 2016) Şekil 3.7 ZEISS EVO40 model taramalı elektron mikroskobu Şekil 3.8 JEOL JSM-6610 model taramalı elektron mikroskobu Şekil 3.9 AKM ucunun şematik gösterimi (Cullity ve Graham 2009) Şekil 3.10 Lennard-Jones potansiyeli grafiği (Cullity ve Graham 2009) Şekil 3.11 Uç ve örnek atomları arasındaki etkileşim enerjisinin hesaplanmasında kullanılan uç-örnek mesafeleri (Cullity ve Graham 2009) Şekil 3.12 Çubuğun sapma miktarını ölçmek için kullanılan optik sistem (Cullity ve Graham 2009) Şekil 3.13 Çubuğun hareket yönüne göre foto detektöre çarpan lazer ışınının hareketi (Cullity ve Graham 2009) Şekil 3.14 AKM nin optik sisteminde geri beslemenin şematik gösterimi (Cullity ve Graham 2009) Şekil 3.15 NT-MDT Solver Pro model Atomik Kuvvet Mikroskobu Şekil 3.16 İğneli profilometrenin şematik gösterimi Şekil 3.17 Veeco Dektak 150 profilometresi Şekil 3.18 Veeco Dektak 150 profilometresi iğnesi Şekil 3.19 Titreşimli örnek manyetometresinin şematik gösterimi Şekil 3.20 Ankara Üniversitesi Manyetik Araştırma Laboratuvarında bulunan titreşimli örnek manyetometresi Şekil 3.21 Manyetik kuvvet mikroskobunda yüzey taramasının şematik gösterimi (Cullity ve Graham 2009) Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin kalınlık ölçüm grafiği Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin kalınlık ölçüm grafiği Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) x

13 Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin iki boyutlu MKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin iki boyutlu MKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin dış manyetik alana bağlı mıknatıslanma eğrileri Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin entropi değişimi eğrileri Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü Şekil 4.31 Ni-Mn-Ga ince filmlerinin e/a oranına göre M s grafiği (Jetta vd. 2012) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kalınlık ölçüm grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kalınlık ölçüm grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü xi

14 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu MKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu MKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu MKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin 500 Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin 2000 Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin 5000 Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin dış manyetik alana bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin entropi değişimi eğrileri Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin SEM görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) xii

15 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren üç boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren üç boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren üç boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin farklı manyetik alanlar altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin farklı manyetik alanlar altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin farklı manyetik alanlar altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin dış manyetik alana bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin entropi değişimi eğrileri Şekil tabakalı ince film için kalınlık ölçüm grafiği Şekil tabakalı ince film için kalınlık ölçüm grafiği Şekil tabakalı ince filmin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil tabakalı ince filmin üç boyutlu AKM görüntüsü Şekil tabakalı ince filmin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil tabakalı ince filmin üç boyutlu AKM görüntüsü Şekil tabakalı ince filmin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil tabakalı ince filmin iki üç boyutlu AKM görüntüsü Şekil tabakalı ince filmin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil tabakalı ince filmin üç boyutlu AKM görüntüsü xiii

16 Şekil tabakalı ince filmin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil tabakalı ince filmin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil tabakalı ince filmin manyetik alana bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil tabakalı ince filmin entropi değişimi eğrileri Şekil 5.1 a) 1 no lu NiMnCoIn ince filmin b) 2 no lu NiMnGa ince filmin c) 4 tabakalı ince filmin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümü xiv

17 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 2.1 Heusler alaşımlarının kompoziyonu, manyetik düzenlenimi ve kristal Yapısı. FM*:Ferrimanyetik Çizelge 4.1 Ni-Co-Mn-In ince filmlerinin üretim parametreleri Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin farklı bölgelerden alınmış kompozisyon değerleri Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin farklı bölgelerden alınmış kompozisyon değerleri Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin farklı bölgelerden alınmış kompozisyon değerleri Çizelge no lu, 2 no lu ve 3 no lu ince filmlerinin kompozisyon karşılaştırması Çizelge 4.6 Ni-Co-Mn-In İnce filmlerinin kalınlık değerleri Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin pürüzlülük analizi verileri Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin pürüzlülük analizi verileri Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin MKM analizi verileri Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin MKM analizi verileri Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin martensit başlangıç(m s ) martensit bitiş(m f ), austenit başlangıç(a S ),austenit bitiş(a f ) ve Curie sıcaklıkları Çizelge grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin üretim parametreleri Çizelge grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin üretim parametreleri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri Çizelge grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin kompozisyon karşılaştırması Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri Çizelge grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin kompozisyon karşılaştırması Çizelge 4.23 Ni-Mn-Ga İnce filmlerin kalınlık değerleri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin pürüzlülük analizi verileri xv

18 Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin pürüzlülük analizi verileri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin pürüzlülük analizi verileri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin MKM analizi verileri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin MKM analizi verileri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin MKM analizi verileri Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin martensit başlangıç(m s ) martensit bitiş(m F ), austenit başlangıç(a S ), austenit bitiş(a F ) sıcaklıkları Çizelge 4.31 Ni-Co-Mn-Al ince filmlerin üretim parametreleri Çizelge no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin kompozisyon analizi Çizelge 4.33 Ni-Co-Mn-Al ince filmlerinin yapısal dönüşüm sıcaklıkları Çizelge 4.34 Çok tabakalı ince filmlerin üretim parametreleri Çizelge 4.35 Çok tabakalı ince filmlerin kalınlık ölçüm sonuçları Çizelge tabakalı ince filmin pürüzlülük analizi Çizelge tabakalı ince filmin pürüzlülük analizi Çizelge tabakalı ince filmin MKM analizi verileri Çizelge tabakalı ince filmin MKM analizi verileri Çizelge 5.1 Yapısal ve manyetik özellikleri incelenen İnce filmlerin kompozisyon değerleri Çizelge 5.2 İnce filmlerin manyetik entropi değişim değerlerinin literatür ile karşılaştırılması xvi

19 1. GİRİŞ Günümüzde birçok bilim insanı tarafından çok fonksiyonlu metalik yapılar hızla artan bir ilgi ile çalışılmaktadır. Özellikle son yıllarda, nanoteknolojik yöntemlerin malzeme üretimine dâhil edilmesiyle birlikte yeni teknolojik malzemelerin elde edilmesi üstel olarak artmaktadır. Nanoteknolojideki ilerlemeler ile birlikte malzemelerin boyutlarının nanometrik boyuta indirgeyerek fiziksel özelliklerini değiştirmek mümkün olmaktadır. İnce film formundaki metalik alaşımlar hacimsel olarak elde edilen alaşımlardan çok farklı fiziksel özellikler göstermektedir. Bu nedenle son yıllarda nanoteknolojik yöntemler kullanarak ince film formunda malzeme geliştirme çalışmaları giderek artmıştır. İnce filmler teknolojinin birçok alanında kullanılmaya başlamıştır. Özellikle mikro boyuttaki manyetik soğutma teknolojisinde önemli bir yeri vardır. Manyetik soğutma teknolojisi manyetokalorik etkiye dayanmaktadır. Bu nedenle yüksek manyetokalorik etkiye sahip malzemeler araştırılmaktadır. İlgi gören manyetokalorik malzemeler arasında olan Heusler alaşımlarına dayalı Ni-Mn- Z (Z= Sb, Ga, In, Sn, Al) ferromanyetik şekil hafızalı alaşımları, içerdiği elementlerin düşük maliyeti ve oldukça büyük manyetokalorik etki göstermeleri nedeniyle umut verici malzemeler haline gelmiştir. Bu alaşımlar bu özellikleri sayesinde birçok teknolojik uygulamada yer almaya başlamıştır. Hibrit sistemleri, eyleyiciler, spintronik ve özellikle manyetik soğutma gibi birçok teknolojik uygulama için bu alaşımların ince filmlerinin kullanımı zorunlu hale gelmiştir. Ni-Mn-Z alaşım ince filmlerinde Ni atomu yerine Co atomu katkılandığında martensitik dönüşümde metamanyetik davranış sergilediği bilinmektedir. Bunun sonucunda Austenit geçiş sıcaklığı artmakta ve zayıf manyetik Martensit yapıdan ferromanyetik Austenit yapıya dönüşüm meydana gelmektedir. Dönüşüm bölgesindeki manyetizasyondaki büyük değişim, Mn konumundaki ve Z konumundaki Mn atomları arasındaki manyetik çiftlenimin, örgü sabitinin değişimi nedeniyle değişmesinden kaynaklanmaktadır. Bu tezin amacı, çevre dostu bir soğutma teknolojisi olan manyetik soğutma teknolojisi ile nanoteknolojinin birlikte kullanılmasına olanak sağlayan yeni ve üstün özellikli malzemeler geliştirmektir. Bu amaç doğrultusunda normal ve ters manyetokalorik etki 1

20 gösteren manyetik ince filmlerin üretilmesi ve bu ince filmler ile tabakalı ince filmler üretilip normal manyetokalorik etki gösteren manyetik ince filmlerin elde edilmesi planlanmıştır. Bu plan doğrultusunda magnetron sıçratma tekniği ile çeşitli parametrelerde Ni-Co-Mn-In, Ni-Co-Mn-Al ve Ni-Mn-Ga ince filmleri üretilmiştir. Üretilen ince filmlerin kompozisyon analizleri yapılmış ve sonuçlara göre en uygun kompozisyon değerine sahip ince filmlerin yapısal ve manyetik özellikleri incelenmiştir. Ayrıca elde edilen özelliklere göre Ni-Co-Mn-In ve Ni-Mn-Ga ince filmlerinden 4 tabakalı ve 8 tabakalı ince filmler üretilmiş ve bu ince filmlerinde yapısal ve manyetik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar ile ince filmlerin manyetik entropi değişimleri Maxwell bağıntısı yardımıyla hesaplanmış ve bu ince filmlerin soğutucular için uygun olup olmadıkları incelenmiştir. 2

21 2. KURAMSAL TEMELLER 2.1 Manyetizma Manyetizma kelimesi, mıknatısları ve manyetik alanları tanımlamak için kullanılan bir terimdir. Manyetizma, mıknatıslanmış malzemeler ile ilgili özellikleri ve mıknatısların özelliklerini inceleyen bir bilim dalıdır. Bu terim köken olarak, mıknatıs taşı olarak da adlandırılan magnetit (Fe 3 O 4 ) mineralinin ilk bulunduğu yer olan ve Türkiye de Aydın yakınlarında kurulmuş antik Magnesia (Manisa) kentine dayanır. Manyetizma, manyetik malzeme içerisindeki elektronların manyetik momentlerinden kaynaklanır. Elektronların yörüngesel hareketleri, birbirleri ile nasıl etkileştiği ve spin hareketleri bir malzemenin manyetik davranışının nasıl olduğunu gösterir. Malzemeler manyetik davranışlarına göre sınıflandırılabilir. Manyetik alınganlıklarına bağlı olarak, diyamanyetizma, paramanyetizma, ferromanyetizma, antiferromanyetizma ve ferrimanyetizma olmak üzere 5 farklı gruba ayrılır. En yaygın 2 çeşidi paramanyetizma ve diyamanyetizmadır. Oda sıcaklığında hangi elementin hangi manyetik davranışı gösterdiği şekil 2.1 de verilen manyetik periyodik tablosundan görülebilir. Şekil 2.1 Manyetik Periyodik Tablosu 3

22 2.1.1 Diyamanyetizma Diyamanyetik malzemelerde, atomlar herhangi bir alanın uygulanmadığı durumda net manyetik momente sahip değillerdir. Ayrıca bu malzemeler eksi manyetik alınganlığa (10-5 mertebesinde) sahiptirler (Chikazumi 1964). Diyamanyetik malzemeler bir manyetik alan içerisine konulduklarında Lenz yasasına bağlı olarak içerilerinde bu alana zıt yönde bir indükleme akımı oluştururlar. Buna bağlı olarak uygulanan manyetik alan ile birlikte manyetik momentler uygulanan manyetik alana zıt yönde bir alan oluşturacak şekilde şekil 2.2 de gösterildiği gibi düzenlenirler. Şekil 2.2 Diyamanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi Diyamanyetik malzemelerde dışarıdan uygulanan manyetik alan değeri arttıkça mıknatıslanma eksi yönde artar. Uygulanan manyetik alana göre mıknatıslanmanın ve uygulanan sıcaklığa göre alınganlığın nasıl değiştiği şekil 2.3 te gösterilmiştir. Şekil 2.3 Diyamanyetik malzemenin M-H ve X-T eğrileri 4

23 2.1.2 Paramanyetizma Paramanyetik malzemeler atomik veya moleküler elektron yörüngelerindeki çiftlenmemiş elektronların spinlerinden dolayı net manyetik momente sahiptirler. Paramanyetik malzemelerde, dışarıdan uygulanan bir manyetik alan olmadığında manyetik momentler rastgele yönelim gösterirler. Bu nedenle paramanyetik bir malzemenin mıknatıslanması oldukça düşüktür. Dışarıdan bir manyetik alan uygulandığında bu manyetik momentler manyetik alan doğrultusunda yönelim gösterirler (Şekil 2.4). Manyetik momentlerin manyetik alan doğrultusunda yönelim derecesi manyetik alanın gücüne bağlıdır. Uygulanan manyetik alanın gücü arttırıldıkça malzemenin mıknatıslanması da buna bağlı olarak artar (Şekil 2.5). Şekil 2.4 Paramanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi Şekil 2.5 Paramanyetik malzemenin M-H ve X-T eğrileri 5

24 Paramanyetik malzemeler mertebelerinde pozitif alınganlığa sahiptir (Chikazumi 1964). Alınganlıkları sıcaklık ile ters orantılı bir şekilde değişir. Alınganlığın sıcaklığa bağımlılığı eşitlik 2.1 de gösterilmiştir. X = C T (2.1) Bu eşitlikte C, Curie sabitidir. Curie sıcaklığı olarak bilinen kritik sıcaklığının üstünde ferromanyetik tüm malzemeler paramanyetik olur. Ayrıca alınganlık ve sıcaklık arasındaki ilişki Curie-Weiss yasası olarak bilinen eşitlik 2.2 ile açıklanabilir. X = C T T C (2.2) Ferromanyetizma Ferromanyetizma, sadece atomların örgü içerisinde düzenlendiği ve atomik manyetik momentlerin birbiri ile etkileşerek birbirlerine paralel olarak sıralandığı durumlarda mümkündür. Ferromanyetik malzemeler, manyetik momentleri dışarıdan uygulanan bir manyetik alan olmadığında dahi paralel bir şekilde düzenlendikleri için net mıknatıslanmaya sahiptir. Dışarıdan bir manyetik alan uygulandığında ise manyetik momentler alan yönüne yönelirler ve malzemenin mıknatıslanmasını arttırırlar (Şekil 2.6). Şekil 2.6 Ferromanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi 6

25 Ferromanyetik malzemelerde, uygulanan manyetik alan arttırıldığında mıknatıslanma artar ve doyum mıknatıslanması (M s ) denilen maksimum değerine ulaşır (Şekil 2.7). Şekil 2.7 Ferromanyetik malzemenin M-H eğrisi Doyum mıknatıslanmasında, uygulanan manyetik alan azaltılsa bile mıknatıslanma direk alarak azalmamakta, kademeli olarak azalmaktadır. Fakat mıknatıslanma değerleri bir önceki aldığı yolu izlemez. Mıknatıslanmadaki bu tersinmezlik histerisis olarak adlandırılır. Bu özellik ferromanyetik malzemelerin en önemli özelliğidir. Uygulanan manyetik alan sıfır olduğunda mıknatıslanma sıfırdan farklı bir değer alır. Mıknatıslanmanın bu değeri artık mıknatıslanma (M r ) olarak adlandırılır. Mıknatıslanmanın sıfırlanabilmesi için ters manyetik alan gerekir. Bu manyetik alana zorlayıcı alan (H c ) denir. Histerisis eğrisinin şematik gösterimi şekil 2.8 de verilmiştir. Şekil 2.8 Ferromanyetik malzemenin histerisis eğrisi 7

26 Ferromanyetik malzemelerde, sıcaklık arttırıldığında spinler sıcaklığa bağlı mıknatıslanmanın bir sonucu olarak termal olarak uyarılırlar. Buna bağlı olarak Curie sıcaklığının üstünde manyetik düzenlenim kaybolur ve manyetik momentler rastgele yönlenirler. Böylece malzemenin alınganlığı Curie-Weiss yasasına göre değişir ve malzeme paramanyetik olur (Şekil 2.9). Sonuç olarak bu tür malzemeler Curie sıcaklığının altında ferromanyetik özellik gösterirken Curie sıcaklığının üstünde paramanyetik özellik gösterirler. Şekil 2.9 Ferromanyetik malzemelerde mıknatıslanmanın ve alınganlığın sıcaklığa bağlı grafiği Antiferromanyetizma Periyodik tabloda, oda sıcaklığında antiferromanyetik özellik gösteren tek element kromdur. Antiferromanyetik malzemeler ferromanyetik malzemelere birçok yönden benzerler. Fakat antiferromanyetik malzemelerde manyetik momentler komşu atomlar arasındaki değiş-tokuş etkileşmelerinden dolayı anti paralel olarak düzenlenirler ve birbirlerini yok ederler (Şekil 2.10). Bu nedenle bu malzemeler kendiliğinden net mıknatıslanmaya sahip değillerdir. Antiferromanyetik malzemeler, ferromanyetik 8

27 malzemelerde olduğu gibi Neel sıcaklığı (T N ) denilen kritik sıcaklığın üstünde paramanyetik özellik gösterirler. Şekil 2.10 Antiferromanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi Ferrimanyetizma Ferrimanyetik malzemelerde manyetik momentler antiferromanyetik malzemelerde olduğu gibi anti paralel bir şekilde düzenlenmiştir (Şekil 2.11). Fakat birbirlerine zıt bir şekilde yönelmiş olan manyetik momentler farklı büyüklüktedirler. Bu nedenle bileşke manyetik moment zıt yöndeki manyetik momentlerin farkına eşit olur. Dışarıdan bir manyetik alan uygulandığında ferromanyetik malzemelere benzer davranış gösterirler. Bu malzemelerde antiferromanyetiklerde ve ferromanyetiklerde olduğu gibi Curie sıcaklığının üstünde paramanyetik olurlar. Şekil 2.11 Ferrimanyetik malzemelerde manyetik momentlerin düzenlenimi 9

28 2.2 Heusler Alaşımları Heusler alaşımları 1903 yılında Alman Mühendis Friedrich Heusler tarafından keşfedilmiştir (Wang vd. 2014). Bu alaşımlar X 2 YZ formülüne ve L2 1 kristal yapısına sahip üçlü intermetalik alaşımlardır. Genellikle X ve Y geçiş metallerinden, Z ise temel grup elemenlerindendir (Wang vd. 2014). İlk kez üretilen Heusler alaşımı olan Cu 2 MnAl alaşımı, Friedrich Heusler ın CuMn alaşımına bir 3. grup elementi olan alüminyum ilave etmesi ile keşfedilmiştir. Heusler alaşımlarının keşfinden yaklaşık bir yüzyıldan fazla bir süre sonra bu alaşımların gelecek teknolojik gelişmeler için çözümler sağlayacak umut verici malzemeler olduğunun farkına varılmıştır. Bu alaşımların en önemli özelliği alaşımı oluşturan elementler tek başlarına farklı manyetik özellik gösterirlerken, alaşım oluşturduklarında manyetik özelliklerinin değişebilmesidir. Heusler alaşımlarının kristal yapısını ilk kez 1929 yılında Potter incelemiştir. Potter, Cu 2 MnAl alaşımı üzerinde X ışını kırınımı çalışmaları yapmış ve bu alaşımların yüzey merkezli kübik (ymk) örgüsünde düzenlendiğini keşfetmiştir (Potter 1929). İlerleyen yıllarda Bradley ve Rodgers Cu 2 MnAl alaşımını daha ayrıntılı bir şekilde inceleyerek bu alaşımın kimyasal düzenlenme ve manyetik özelliklerinin birbirine bağlı olduklarını ortaya koymuşlardır (Bradley ve Rodgers 1943). Heusler alaşımları pratik uygulamalarda daha çok ince film formunda kullanılırlar. Heusler ince filmler çoğu spintronik, mikro elektronik, mikro soğutucu cihazlarında yapıtaşı işlevi görmektedir. Heusler ince filmleri bu özellikleri nedeniyle giderek artan bir ilgi ile çalışılmaktadırlar Heusler alaşımlarının yapısal özellikleri Heusler alaşımları üçlü intermetalik alaşımlar olarak tanımlanırlar. Tam Heusler alaşımları ve yarı Heusler alaşımları olarak ikiye ayrılırlar. Stokiyometrik kompozisyonlarında tam Heusler alaşımları X 2 YZ formülü ve L2 1 kristal yapısına sahipken, yarı Heusler alaşımları XYZ formülüne ve C1 b kristal yapısına sahiptirler (Şekil 2.12). 10

29 Şekil 2.12 Heusler alaşımlarının kristal yapısı Heusler alaşımlarının formülündeki X, Y ve Z elementlerinin yapısal özelliğe göre hangi elementler olabileceği tablo2.1 de verilmiştir. Birim hücre, X elementinin (000) ve (1/2,1/2,1/2), Y elementinin (1/4,1/4,1/4) ve Z elementinin ise (3/4,3/4,3/4) pozisyonlarında olduğu dört iç içe geçmiş fcc alt örgüsünden oluşmuştur. Yarı Heusler alaşımlarında (1/2,1/2,1/2) pozisyonu boş durumdadır. Bu iki yapı boş olan atom yeri ile yakından ilgilidir. C1 b yapısı L2 1 yapısından X bölgesinin yarısının yer değiştirilmesiyle elde edilebilir. Sonuç olarak yapı artık merkezi simetrik değildir. Heusler alaşımlarının çoğunda Mn elementi Y elementi olarak yapıya girer. Mn elementinin X elementi olarak yapıya girmesi çok nadir görülen bir olaydır. Bu zamana kadar sadece Mn elementinin X elementi olarak yapıya girdiği iki sistem çalışılmıştır. Bu sistemler Mn 2 VAl ve Mn 2 VGa dur (Itoh vd. 1983). Stokiyometrik kompozisyonlarda, farklı alt örgülerdeki atomların kısmen yer değiştirmeleri ile yapıda bozukluklar meydana gelebilir. Johnston ve Hall X 2 YZ tip alaşımların yapısal büyüklüğündeki bozuklukların belirli tiplerinin etkisini tanımlamak için tek bozukluk parametresi olan α yı önermişlerdir (Johnston ve Hall 1968). L2 1 yapısında düzenlenmiş alaşımlar için α doğru bölgede olmayan ya Z ya da Y atomlarının bir kesri olarak tanımlanmıştır. Birbirlerinin alt örgülerinde Y ve Z atomlarının kısmen işgali L2 1 -B2 tip bozukluğa neden olur. B2 tip yapı, Y ve Z atomlarının yarısının pozisyonlarındaki değişmenin izin verilmesiyle elde edilebilir. 11

30 L2 1 /B2 oranı ısıl işleme bağlıdır. B2 tip yapıdaki daha küçük atomlar arası mesafe nedeniyle bir antiferromanyetik düzenlenim enerji bakımından elverişli olur. Çizelge 2.1 Heusler alaşımlarının kompoziyonu, manyetik düzenlenimi ve kristal yapısı Y X Z Manyetik düzenlenim Kristal Yapı V Mn Fe Fe Co Al, Ga Al, Ga Si Al, Ga, Sn FM* FM PM FM L2 1 L2 1 L2 1 L2 1 Cr Co Fe Al, Ga Al, Ga FM FM L2 1 L2 1 Mn Cu Cu Ni Ni Ni Co Co Fe Pd Pd Pd Pd Pd Rh Rh Rh Ru Au Au Au Pt Pt Ir Ir Al, In, Sn Sb Al Sb Al, Ga, In, Sn, Sb Al, Si, Ga, Ge, Sn Sb Al, Si Al In Ge, Sn, Sb Sb Te Al, Ga, In Ge, Sn, Pb Sb Ga Zn, Cu Al, Ga, In Sb Al, Ga Ga Al Ga FM AFM AFM FM FM FM FM* FM AFM AFM FM FM AFM FM FM FM FM AFM AFM FM AFM FM AFM AFM L2 1 C1 b B2 C1 b L2 1 L2 1 C1 b L2 1 B2 L2 1 -B2 L2 1 C1 b C1 b B2 L2 1 C1 b C1 b B2 L2 1 C1 b L2 1 C1 b L2 1 C1 b Fe Fe Co Al, Si Al, Si, Ga FM FM D0 3 L2 1 Co Fe Ga FM L2 1 Ni Fe Al, Ga PM L2 1 FM*:Ferrimanyetik 12

31 2.2.2 Ni-Mn tabanlı Heusler alaşımlarının özellikleri Ni-Mn tabanlı alaşımlar üzerinde yapılan çalışmalarda manyetik şekil hafıza özelliği ve üstün soğutucu özelliğinin keşfedilmesiyle birlikte bu alaşımlar dikkat çekici hale gelmişlerdir. Bu tip Heusler alaşımlarında kristal yapı, alaşımı oluşturan elementlerin kompozisyonuna bağlı olarak değişmektedir. Ni-Mn tabanlı alaşımlar, austenit fazda L2 1 kübik yapıda iken martensite faz dönüşümü olduğunda simetride azalmalar olması nedeniyle tetragonal ya da modulated yapıya dönüşebilir. Mn atomlarının yerine girecek şekilde katkılama yapıldığında katkılanan elementin kompozisyon değeri düşük ise genelde martensit faz dönüşümü L2 1 kübik yapıdan L1 0 tetragonal yapıya olur. Katkılanan elementin kompozisyon değeri büyük ise martensit faz dönüşümü L2 1 kübik yapıdan daha farklı kristal yapılara olabilir. Bu tip alaşımların yapısal özellikleri üzerinde atom başına düşen değerlik elektron sayısının (e/a) etkisi büyüktür. e/a oranına göre kübik yapının hangi yapılara dönüşebileceği tahmin edilebilir ve yapılacak olan çalışmalar e/a oranına göre planlanabilir. Bir Ni-Mn tabanlı alaşımın e/a oranına göre dönüşebileceği yapılar ve dönüşüm sıcaklıkları şekil 2.13 te verilmiştir. Grafik incelendiğinde martensit başlangıç sıcaklığının (M S ) e/a oranı ile doğru orantılı olduğu görülmektedir. Bu tip alaşımlardan Nİ-Mn-In alaşımı göz önüne alınırsa e/a oranı aşağıdaki gibi hesaplanabilir. e a = 10.(Ni at%)+7.(mn at%)+3.(in at%) 100 (2.3) Ni-Mn tabanlı Heusler alaşımlarında mıknatıslanma, temel olarak Mn yerlerindeki manyetik atomlar tarafından belirlenir ve iletim elektronları aracılığıyla lokalize olmuş manyetik momentler arasındaki dolaylı değiş tokuş etkileşmelerine dayanarak tanımlanır (Brown vd. 1999). Bu nedenle elektronik yapı, iletim elekron konsantrasyonu ve atomlar arası mesafe; kristal faz dengesini, manyetik düzenlenimini ve manyetik yapıyı etkileyebilen faktörlerdir. Ayrıca Bu faktörler stokiyometrik kompozisyon değişimiyle ve Ni-Mn-X alaşımındaki elementlerin birbirinin yerini almasıyla değiştirilebilirler. Stokiyometrik Ni 2 MnGa alaşımında austenit faz T C =380 K de 13

32 ferromanyetik olarak düzenlenmiştir. Ayrıca kübik fazdan tetragonal faza yapısal dönüşüm martensitik dönüşüm sıcaklığı T M =202 K de meydana gelir (Entel vd. 2006). Ni 2 MnGa alaşımının hem martensitik hem de austenitik kristal modifikasyonu ferromanyetiktir. Şekil 2.13 Ni-Mn tabanlı bazı Heusler alaşımlarının e/a oranına göre dönüşüm sıcaklıkları ve kristal yapıları (Planes vd. 2009) Heusler alaşımlarının manyetik özellikleri Heusler alaşımları, manyetik özellikleri bakımından çok ilgi çekici alaşımlardır. Üstün manyetik özellikleri nedeniyle hacimsel, şerit ve ince film gibi birçok formda teknolojinin birçok alanında kullanılmaktadırlar. Hem tam Heusler (X 2 YZ) hem de yarı Heusler (XYZ) alaşımlarında manyetik özelikleri belirleyen element Y konumundaki elementtir. Eğer Y konumunda manyetik bir element varsa genellikle zayıf manyetik alan altında ferromanyetik olarak düzenlenirler. Ferromanyetizmanın kararlı olması, komşu olan X ve Y konumundaki spinler arasındaki ferromanyetik değiş tokuş etkileşmeleri ile sağlanmaktadır (Johnston ve Hall 1968). X konumunda manyetik olmayan bir element olursa Y konumunda bulunan elementin spinleri arasında manyetik olmayan Z atomların aracılığıyla meydana gelen hibritleşme nedeniyle zayıf süper değiş 14

33 tokuş etkileşmesi meydana gelecektir. Bu nedenle Z atomlarının hem mıknatıslanma değeri için hem de manyetik düzenim için önemli bir rolü vardır Manyetik şekil hafıza özelliği Şekil hafıza özelliği bir alaşımın, uygun ısıl, mekaniksel veya manyetik işlemlere maruz kaldığında önceden tanımlı şekil veya boyutuna geri dönebilme özelliğidir. Manyetik şekil hafıza özelliği ise şekil hafıza özelliğini manyetik alan uygulandığında gösterme yeteneğidir. Martensit durumda ikizlenmiş yapıda olan bir malzemeye bir manyetik alan uygulandığında manyetik momentler manyetik alan yönünde yönelirler. Böylece ikizlenmiş yapı ortadan kalkarak tek bir varyant elde edilir ve malzeme şekil değiştirmiş olur. Eğer manyetik alanın yönü tersine değiştirilirse malzeme eski şekline geri döner. Bu yeteneğe sahip alaşımlar manyetik şekil hafıza alaşımları olarak tanımlanırlar. Bu özellik ilk defa Ni 2 MnGa alaşımında Ullakko ve arkadaşları tarafından bulunmuştur. İlerleyen yıllarda, Ni 2 MnGa tek kristalinde, oda sıcaklığı etrafında manyetik alanla indüklenen zorlanmanın %10 olduğu bulunmuştur (Sozinov vd. 2002). Manyetik şekil hafıza etkisinin, diğer şekil hafıza etkilerine göre birçok avantajı vardır. Bu avantajlar manyetik alan ile yapılan şekil deformasyonunun diğer dış etkilerle yapılan şekil deformasyonuna göre daha fazla olması ve deformasyonun daha hızlı gerçekleşmesidir. 2.3 Martensitik Dönüşüm Martensitik dönüşüm, austenit olarak adlandırılan yüksek simetrili yüksek sıcaklık fazından martensit denilen düşük simetrili düşük sıcaklık fazına geçişin olduğu birinci dereceden yayınımsız faz dönüşümüdür. Bu dönüşüm yer değişimli bir dönüşümdür. Bu bir fazın diğer fazın bozulmuş hali olduğu ve atomlar arasında küçük yer değiştirmeler meydana geldiği anlamına gelmektedir (Dove 2003). Normal yapısal dönüşümler kübik yapıdan tetragonel yapıya, ortorombik yapıya, monoklinik yapıya veya tetragonal yapıdan monoklinik yapıya olabilir. Şekil 2.14 te martensit dönüşüm sırasında sıcaklığa bağlı austenit ve martensit faz bölümleri gösterilmektedir. Austenit yapıdan martensit yapıya faz dönüşümü olduğunda dönüşümün başlama sıcaklığı, martensit başlangıç sıcaklığı (M S ), bitiş sıcaklığı ise martensit bitiş sıcaklığı (M f ) olarak adlandırılır. Buna 15

34 benzer olarak martensit yapıdan austenit yapıya faz dönüşümünde ise başlangıç ve bitiş sıcaklıkları austenit başlangıç (A S ) ve austenit bitiş (A f ) sıcaklıklarıdır. Ancak birçok durumda dönüşüm bölgesinde martensit ve austenit için dönüşüm noktalarını belirten yalnızca iki dönüşüm sıcaklığı T M ve T A ve hatta sadece termal histerisisin merkezinin ya da eşit Gibbs serbest enerji sıcaklığının gösterildiği T t dönüşüm sıcaklığı göz önüne alınabilir (Dubenko 2009). Şekil 2.14 İleri (siyah) ve ters (kırmızı) martensitik dönüşümün karakteristik dönüşüm sıcaklıkları Difüzyonsuz yapısal dönüşüm, matematiksel olarak Bain dönüşüm matrisi ile bir deformasyon olarak tanımlanabilir (Bhattacharya 2003). Örnek olarak örgü parametresi a 0 olan kübik austenitten örgü parametresi a ve c olan tetragonal martensit Bain dönüşüm matrisi şekil 2.15 ile açıklanmıştır. Malzemeye bağlı olarak tetragonal deformasyonların her iki tipi c/a>1 ve c/a<1 mümkündür. Burada kafes parametrelerinden biri a 0 dan büyüktür ve diğeri ise daha küçüktür. Çünkü genellikle martensitik dönüşüm üzerindeki hacim değişimi küçük olmaktadır. Martensit austenittten daha düşük simetriye sahip olduğundan dolayı martensit örgünün austenite örgüye göre çeşitli olası oryantasyonları vardır. Bu farklı oryantasyonlar martensitik varyantlar olarak adlandırılırlar. Martensitik varyant sayısı aşağıda verilen eşitlik ile bulunur. 16

35 N = P A da dönüş sayısı P M de dönüş sayısı (2.4) Burada P A ve P M austenit ve martensit örgünün nokta gruplarıdır. Bundan dolayı kübik tetragonal dönüşümü için N=24/8=3, kübik ortorombik dönüşümü için 24/4=6 elde edilir. Şekil 2.15 Farklı martensit varyanlar ve kübikten tetragonale martensitik dönüşüm için ilgili dönüşüm matrisleri ( ϵ a =a/a 0, ϵ c =c/a 0 ) Gibbs serbest enerjisi Martensitik dönüşümün sürücü kuvveti, austenit yapının ve martensite yapının sahip olduğu Gibbs serbest enerjileri arasındaki farktır (ΔG=G A -G M ). Gibss serbest enerjisi aşağıdaki eşitlikte verilmiştir. G = U + pv TS µ 0 HM σεv (2.5) 17

36 Bu eşitlikte p basıncı, V hacimi, T sıcaklığı, S entropiyi, H manyetik alanı, M mıknatıslanmayı, σ mekanik stresi ve ϵ gerinimi gösterir. Martensit yapının T=0 durumundaki Toplam enerji U, austenit yapınınkinden küçüktür. Bunun nedeni band Jahn-Teller etkisidir. Bu dejenere 3d durumlarını ayırır (Brown vd. 1999). Ayrıca martensit durum hacmi austenit duruma göre nispeten daha azalmıştır. Bundan dolayı manyetik alanın ya da mekanik stresin olmadığı durumda düşük sıcaklıkta martensit kararlı durumdadır. Ancak austenit fazdaki entropi, yüksek simetri ve düşük fonon frekansları nedeniyle daha yüksektir. Bu yüzden daha yüksek sıcaklık austenit durumu dengede tutmaktadır (Dove 2003). Sıcaklığa ek olarak, eğer fazlardan en az biri ferromanyetik ise martensitik dönüşüm de manyetik olarak harekete geçirilebilir. Gibbs serbest enerjisindeki farklılığa neden olan her iki faz arasındaki mıknatıslanma farkı, bu alana bağlı dönüşüm için sürücü kuvveti olmaktadır. ΔG = µ 0 H(M A M M ) (2.6) Bu eşitlikte H dış manyetik alanı, M A ve M M ise sırasıyla austenit ve martensit mıknatıslanmalarını gösterir. Bu nedenle eğer austenite mıknatıslanması martensit mıknatıslanmasından büyükse, dış manyetik alan austenit durumu destekler ve ters dönüşüme neden olabilir. Dönüşüm sıcaklıklar T M ve T A alana bağlıdır ve manyetik alanın uygulanması ile azalır. Genelde değişimler birkaç K/T mertebesindedir. Alan ile indüklenen martensitik dönüşüme bölüm 2.4 te atlatılan manyetokalorik etki eşlik eder. Dönüşüm sıcaklığı T t, austenit ve martensit bölgelerin Gibbs enerjilerinin eşit olduğu sıcaklık olarak tanımlanır. G M (H, T t (H)) = G A (H, T t (H)) (2.7) Bu eşitliğin çözümleri faz dönüşümleri için Clausius-Clapeyron bağıntısını sağlar. 18

37 T t (H) = μ M A (H,T t ) M M (H,T t ) H 0 S A (H,T t ) S M (H,T t ) (2.8) Bu eşitlik uygulanan dış manyetik alan ile T t nin değişiminden iki manyetik faz arasındaki toplam entropy değişimini (ΔS top =S A (H,T t )-S M (H,T t )) hesaplamak için kullanılır. Aşağıda martensitik dönüşümün yakınlarındaki Gibbs enerjisinin hesaplanması için basit bir yaklaşım anlatılmıştır. Bu çalışmada odak noktası sıcaklık ve alan ile uyarılmış dönüşümler olduğu için izobarik işlemleri göz önüne alacağız. Burada Gibbs serbest enerjisi sıcaklığa ve manyetik alana bağlıdır. Maxwell bağıntısı uygulanırsa; G(H,T) H = μ 0 M, G(H,T) T = S (2.9) Eşitlik 2.9 daki ilk bağıntının integrali alındığında; G(H, T) = μ 0 H 0 M(h, T)dh + f(t) (2.10) Bu eşitlikte f(t) Gibss enerjisinin alandan bağımsız kısmıdır. Isı sığası tanımı ile eşitlik 2.9 nın birleştirilmesiyle; C(H, T) = T S(H,T) T = T 2 G(H,T) T 2 (2.11) Elde edilir. Manyetik alan uygulanmadığında ısı sığası; C(0, T) = Tf (T) (2.12) Olarak verilir. Gibbs enerjisinin alandan bağımsız katkısı, eşitlik 2.12 un düzenlenip integralinin alınmasıyla elde edilir. 19

38 T f(t) = f(t 0 ) + [f (T 0 ) C(0,t 1) dt T 1 ] dt 2 0 T T 0 (2.13) T Eşitlik 2.9 ve 2.10 kullanılarak entropi fonksiyonu elde edilir. S(H, T) = μ 0 H M(h,T) 0 T dh + T C(0,t) T 0 t dt f (T 0 ) (2.14) Ayrıca faz dönüşümü yakınlarındaki sıcaklıklarda işlem yapılıyorsa ve T t nin alan ile değişimi küçükse, her faz için ısı kapasitelerinin sabit olarak ele alınması genellikle iyi bir yaklaşımdır. Böylece alansız entropi fonksiyonu eşitlik 2.15 ve 2.16 daki gibi elde edilir. S M (0, T) = C M In ( T T 0 ) f M (T 0) (2.15) S A (0, T) = C A In ( T T 0 ) f A (T 0) (2.16) İntegrasyon sabitlerinin farkı, alansız gizli ısıya neden olur. L = [S A (0, T 0 ) S M (0, T 0 )]T 0 (2.17) İntegrasyon sabitleri; f M (T 0) = 0, f A (T 0) = L/T 0 (2.18) Olacak şekilde seçilir. Böylece alandan bağımsız Gibbs serbest enerjisi; f M (T) = C M [T 0 T + Tln ( T T 0 )] + f M (T 0 ) (2.19) f A (T) = C A [T 0 T + Tln ( T T 0 )] L(T T 0) T 0 + f A (T 0 ) (2.20) 20

39 Bu durum nedeniyle her iki fazın Gibbs serbest enerjisi, faz dönüşümü sırasında eşittir (G M (0,T 0 ) = G A (0,T 0 )). İntegral sabitleri f M (T 0 ) = f A (T 0 ) = 0 olacak şekilde seçilirler. Gibbs enerjisinin manyetik kısmı için her fazın manyetizasyonu Moleküler Alan Teorisine göre modellenebilir; M(H, T) = N V μ m B j ( μ mμ 0 (γm+h) ) (2.21) k B T Bu eşitlikte µ B birim başına manyetik momenti, N V hacim başına düşen spinlerin sayısını, γ moleküler alan sabitini, k B Boltzmann sabitini ve j th Brillouin fonksiyonunu göstermektedir. B j (z) = 2j+1 2j cosh (2j+1 2j z) 1 2j cosh ( z 2j ) (2.21) Her fazın son Gibbs serbest enerji düzlemleri G(H,T), yukarıda anlatılanlar ve şekil 2.16 yardımı ile hesaplanabilir. Yüksek sıcaklık ve manyetik alan martensit faz üzerinde austenit fazı destekler. Tüm düzlemlerin kesişim yeri, yani faz sınırları sıcaklığa bağlı dönüşüm sıcaklığı T t (H) yi işaret eder. Bu aynı zamanda Clasius-Clapeyron bağıntısıyla da tanımlanmaktadır(eşitlik 2.8). Şekil 2.16 Gibbs Serbest Enerjisi a. austenit (turuncu) ve martensit (mavi) Gibbs serbest enerjilerinin alana ve sıcaklığa bağlılığı. Alanın yanı sıra yüksek sıcaklıkta austenit fazı dengede tutar. b. alana bağlılığı verilen T t (H) yi temsil eden faz sınırları yeşil çizgi ile vurgulanmıştır. 21

40 Yukarıdaki anlatılanlarda, ileri ve ters martensitik dönüşüm arasında gözlemlenen termal histerisis hesaba katılmamaktadır. Dönüşüm, bir enerji bariyerine neden olan ve G M ve G A arasındaki eşitlikte dönüşümü doğrudan engelleyen yeni faz çekirdeğinin çekirdeklenme ve büyümesi ile yönlendirilir. Dönüşüm, ileri dönüşüm için M s < T t olan sıcaklıklarda veya ters dönüşüm için A s > T t olan sıcaklıklarda aşırı soğutma yapılarak çekirdeklenme bariyerlerinin aşılmasıyla başlar ve M f < M s olan sıcaklıklarda aşırı soğutma veya A f > A s olan sıcaklıklarda yapılan aşırı ısıtma işleminden sonra biter. 2.4 Manyetokalorik Etki (MKE) Manyetokalorik etki 1881 yılında Warburg tarafından keşfedilmiştir (Warburg 1881). Adyabatik ya da izotermal olarak dış manyetik olan değiştirildiğinde manyetik malzeme içindeki entropi ya da sıcaklık değişimi olarak tanımlanabilir (Tishin ve Spichkin 2003). Bu olay, uygulanan manyetik alan değiştirildiğinde örgü ve manyetik serbestlik derecesi arasındaki termal bağlantı nedeniyle malzemenin iç enerjisinde meydana gelen değişimin bir sonucudur. Malzeme içerisinde adyabatik durumda toplam entropi değişmeyeceği için manyetik entropideki azalma ile birlikte örgü entropisinde bir artış meydana gelir. Bunun sonucunda atomlar daha büyük bir genlikle titreşirler ve malzemenin sıcaklığında artış meydana getirirler. Manyetokalorik etki (MKE) tüm manyetik malzemelerin içsel bir özelliğidir. Fakat bazı manyetik malzemelerde yüksek etki gözlemlenirken bazılarında ise düşük etki gözlenir. Ayrıca entropinin sistemlerin düzensizliği ile bağlantılı olması gibi manyetik entropi de manyetik momentlerin düzenlenmesiyle azalacaktır. Manyetik momentlerin düzenlenmesi ağırlıklı olarak iki yolla olur. Bunlarda biri manyetik alanın arttırılması diğeri ise sıcaklığın düşürülmesidir (Buschow 2003) Manyetokalorik etkinin termodinamiği Manyetik alanı dikkate almaksızın ikinci dereceden faz dönüşümü ile bir manyetik sistemin toplam entropisini düşünelim. Histerisisin, zorlayıcı alanın, anizotropinin ve artık mıknatıslanmanın ihmal edildiğini kabul edelim. Bunun sonucu olarak bunların manyetokalorik etki üstünde hiçbir etkisi yoktur. Ayrıca manyetik sitemlerin statik 22

41 dengede olduğunu varsayalım. Sonuç olarak manyetik sistemler içindeki tüm işlemler tersinebilir olarak kabul edilir. Kompozisyonda değişikliğin olmadığı bir termodinamik denge durumunda olan bir manyetik sistem düşünelim. (dn=0). Bu sistem için termodinamiğin birinci yasası; iç enerji, entropi (S), hacim (V) ve manyetik büyüklüğe bağlı değişken (M) gibi sistemin büyüklüğe bağlı özelliklerinin bir fonksiyonudur. U = TS PV + HM (2.22) Bu eşitlikte T sıcaklık, P basınç ve H manyetik alan şiddetini gösterir ve bu değişkenler dış değişkenlerdir. Manyetik alan doğrultusu içinde M, toplam manyetik dipol momentin bir bileşenidir. İç enerji, aşağıda verilen eşitlikteki gibi farklı bir şekilde de yazılabilir; du = ( U ) ds + ( U ) dv + ( U ) dm (2.23) S V,M V S,M M S,V Ayrıca; ( U S ) V,M ( U V ) S,M ( U M ) S,V = T(S, V, M) (2.24) = P(S, V, M) (2.25) = H(S, V, M) (2.26) S, V ve M ile ilgili olarak iç enerjinin (U(S,V,M)) Legendre dönşümü; A = U TS + PV MH (2.27) T, P ve H iç değişkenlere göre sistemin serbest enerjisini verir. Diferansiyel formu; 23

42 da = ( A ) dt + ( A ) dp + ( A ) dh (2.28) T P,H P T,H H T,P Dış değişkenler; S(T, P, H) = ( A T ) P,H V(T, P, H) = ( A P ) T,H M(T, P, H) = ( A H ) T,P (2.29) (2.30) (2.31) Denklem kullanılarak yapılan hesaplar sonucunda aşağıdaki maxwell bağıntısı elde edilir. ( S H ) P,T = ( M T ) P,H (2.32) H 1 den H 2 ye manyetik alan değişimi(δh=h 2 H 1 ) ile eşitlik 2.32 ün izotermal( ve izobarik, dp=0) bir işlemde integre edilmesiyle eşitlik 2.33 te verilen entropi değişimi eşitliği elde edilir. ΔS(T, H 2 ) P,ΔH = H 2 ( M H 1 (2.33) T ) P,H dh Sabit basınç altında manyetik bir malzemenin toplam entropisi hem sıcaklığın hemde manyetik alan şiddetinin bir fonksiyonudur. Nadir yer bileşikleri için toplam entropi, örgü (S L ), elektronik (S e ) ve manyetik (S M ) katkıların toplamına eşittir. S TOPLAM (T, H) = S L (T) + S e (T) + S M (T, H) (2.34) 24

43 Burada ilk yaklaşım sadece manyetik katkının (S M ) manyetik alan (H) ile değişmesidir. Bu da 3d durumunda malzemelerde elektronik ve örgü katkıları ayrımının açık olmadığını göstermektedir (Pecharsky ve Gschneidner Jr. 1999). İzotermal durumda eğer manyetik alan değişiyorsa malzemenin manyetik entropiside değişir (artabilir veya azalabilir). Oysaki ilk yaklaşımda hem örgü entropisinde (S L ) hemde elektronik entropide (S e ) değişiklik olmaz. Bu nedenle ΔS M (T,H 2 ) P,ΔH değeri sabit sıcaklıkta aşağıdaki gibidir; ΔS M (T, H 2 ) P,ΔH = [S M (T) H2 S M (T) H1 ] T,P = [S(T) H2 S(T) H1 ] T,P = ΔS(T, H 2 ) P,ΔH (2.35) Buna rağmen, adyabatik olarak manyetik alan ΔH kadar değiştirildiğinde, birleşik örgü ve elektronik entropiler Δ(S L +S e ) = -ΔS M kadar değişir. Örgü entropisindeki bu tür değişiklikler, manyetik malzemenin sıcaklığında adyabatik sıcaklık değişimi (ΔT ad ) denilen ölçülebilir değişimlere neden olur. Bu aynı zamanda manyetokalorik etkiyi (MKE) tanımlamak için kullanılır. Ayrıca ΔT ad sıcaklığın bir fonksiyonudur. ΔT ad nin sıcaklığa bağlılığı eşitlik 2.36 de verilmiştir. ΔT ad (T, H 2 ) P,ΔH = [T(S) H2 T(S) H1 ] S,P (2.36) Şimdi manyetik bir malzemenin adyabatik sıcaklık değişimini tanımlayacak bir formül elde edelim; Manyetik bir sistemin toplam entropisinin türevi sıcaklığın (T), basıncın (P) ve manyetik alan şiddetinin (H) bir fonksiyonu olarak açıklanır. ds = ( S ) dt + ( S ) dp + ( S ) dh (2.37) T P,H P T,H H T,P Adyabatik ve izobarik bir ortamda (ds = dp = 0); 25

44 ( S ) dt = ( S ) dh (2.38) T P,H H T,P Bir takım sabit x parametresi için ısı sığası tanımını göz önüne alırsak; C x = T ( S T ) x (2.39) Manyetik alanın sonsuz küçük değişimlerinden dolayı sıcaklıktaki değişim eşitlik 2.40 de verilmiştir. dt = T ( M ) dh (2.40) C P,H T P,H Eşitlik 2.40 ın integrali alınırsa; H 2 ΔT ad (T, H 2 ) P,ΔH = ( T ) C P (T,H) ( M H 1 (2.41) T ) P,H dh Adyabatik sıcaklık değişimi elde edilir. Isı sığası tanımı ile manyetik entropi değişimini de belirlemek mümkündür. Termodinamiğin 2. Yasasına göre sabit manyetik alan ve basınç altında sonsuz küçük entropi değişimi aşağıdaki gibi yazılabilir. ds = C P,H(T,H) dt (2.42) T Eşitlik 2.42 integre edilirse ve termodinamiğin ikinci yasasına göre T=0 da entropinin sıfır olduğunu varsayarsak; 26

45 T ΔS M (T, H 2 ) P,ΔH = ΔS(T, H 2 ) T,P,ΔH = C P,H2 (T) C P,H1 (T) dt 0 T (2.43) Eşitliği elde edilir. Manyetokalorik etki hem ΔS M (T,H) hem de ΔT ad (T,H) ile belirlenebilir. Buradan hareketle eşitlik 2.36 ve 2.43 manyetik katılardaki manyetokalorik etkiyi tamamen açıklar. Eşitlik 2.36 ΔT ad nin doğrudan ölçümlerinde kullanılır. Manyetik malzemenin sıcaklığı hem H 2 hem de H 1 de ölçülür. İki sıcaklık arasındaki farklılıktan manyetokalorik etkinin değeri bulunur. Bunun yanı sıra alansız ısı transferi ölçümleri ve buna bağlı olarak eşitlik 2.43 ten ΔS M ölçümleri pratikte nadiren kullanılır. Çünkü toplam entropi hesabını içeren sayısal integrasyon %20-30 a kadar ulaşabilecek hatalara neden olabilir (Alonso 2011). Ayrıca ısı sığası ölçümleri olabildiğince mutlak sıfır noktasına yakın bir noktadan başlanarak yapılmalıdır. Şekil 2.17 Uygulanan H 1 ve H 2 alanı için toplam entropinin sıcaklığa bağlılığı (Pecharsky vd. 2001) Verilen sıcaklık için hem manyetik entropi değişimi ΔS M (T) ΔH hem de adyabatik sıcaklık değişimi ΔT ad (T) ΔH sırasıyla dik ve yatay olarak gösterilmiştir Farklı sıcaklıklardaki mıknatıslanmaların ölçülerek bulunduğu dolaylı yoldan ΔS M ölçümü manyetokalorik etki değişkeninin belirlenmesinde her zaman kullanılan bir yöntemdir (Gschneidner Jr. vd 2005). ΔT ad nin belirlenmesindeki dolaylı metot eşitlik 2.41 e dayanır. Bu eşitlik sıcaklık ve manyetik alan şiddetinin bir fonksiyonu olan ısı sığasının da açıklanmasını gerektirir. Ancak eğer ısı sığası sabit alanda mevcut ise ΔS M 27

46 bilgileri kullanılarak da ΔT ad hesaplamak mümkündür. Şekil 2.13 verilen entropi sıcaklık diyagramında görüldüğü gibi H 1 ve H 2 de alınan 2 eğri arasındaki mesafeden ΔT ad değerleri çıkartılabilir (Dinesen vd. 2005, Pecharsky ve Gschneidner Jr. 1999). Manyetokalorik etkiden farklı olarak değinilmesi gereken başka bir etki daha vardır. Basınç ve uygulanan manyetik alan eş zamanlı olarak değiştirildiğinde manyetobarokalorik etki denilen bir etki ortaya çıkar (Manosa vd. 2010). Ancak bu etki genelde istenmeyen bir etkidir ve bu konu ile ilgilenen çok fazla çalışma yoktur. Bu nedenle genelde manyetik soğutmada barokalorik etkinin meydana gelmemesi için basınç değişiminden kaçınılır. Eşitlik 2.14 ve 2.22 analiz edilerek ikinci dereceden faz dönüşümü ile katılardaki MKE nin bazı genel özellikleri çıkarılabilir; Manyetokalorik etki M/ T ve ΔH a bağlı olduğu için, toplam entropisi manyetik alan ile etkilenen ve mıknatıslanması da sıcaklık ile hızlı bir şekilde değişen bu malzemelerin dev manyetokalorik etki göstermesi beklenir. Ferromanyetik malzemelerde mıknatıslanma sıcaklık ile azalır (( M/ T) P,H 0). Bu nedenle pozitif alan değişimi için ΔS M negatif olurken ΔT ad pozitif olur. Kritik sıcaklıkta (T C ) ( M/ T) P,H maksimum değerini aldığı için ΔS M de T=T C noktasında maksimum değerine ulaşır. Manyetokalorik etki kritik sıcaklığın hem altında hem de üstünde gitgide azalır. Yüksek T ve düşük ısı sığasında ΔT ad daha geniş olacaktır. Paramanyetik katı malzemeler, ( M/ T) P,H değerleri küçük olduğundan dolayı ısı sığası çok küçük olduğu durumlarda sadece bir uygun ΔT ad değeri gösterebilir. 28

47 2.3.2 Ni-Mn tabanlı Heusler alaşımlarında manyetokalorik etki Ni-Mn-X (X=Ga, Sn ve In) alaşımları belirli kompozisyonlarında soğutulurken martensit dönüşüme maruz kalırlar. Bu tür heusler alaşımlarında büyük manyetik entropi değişimi martensit dönüşüm sıcaklığı yakınlarında meydana gelir. Dev manyetokalorik etki ilk olarak Ni-Mn-Ga alaşımında gözlenmiştir. Bu keşiften sonra büyük ters manyetokalorik etki ise Ni-Mn-X (X=Sn, In) Heusler sistemlerinde keşfedilmiştir (Jin 2013). Ters manyetokalorik etkide, uygulanan manyetik alandaki artış malzemenin sıcaklığında bir azalışa neden olur. Bu normalde gözlenen etkiye zıt bir etkidir ve manyetik soğutma için istenilen bir özelliktir. Ni-Mn-Ga ve Ni-Mn-X (X=Sn ve In) alaşımları karşılaştırıldığında manyetokalorik etkinin oluşum kaynağı farklılık gösterir. Ni-Mn-Ga alaşımlarında manyetokalorik etki manyetik momentler ve martensitik varyantlar arasındaki mezoskopik ölçekteki manyetoyapısal çiftlenimle ve uygulanan manyetik alan ile dönüşüm sıcaklığının değişimine neden olan mikroskobik spin-fonon çiftlenimiyle direk olarak bağlantılıdır. Buna zıt olarak Ni-Mn-X (X=Sn ve In) sistemlerinde ise manyetokalorik etki, manyetik alan ile indüklenmiş martensit dönüşümün bir sonucudur ve manyetik entropi değişimi büyüklüğü austenit ve martensit fazlar arasındaki entropi farkıyla kontrol edilebilir. Ga ve Sn/In sistemleri arasındaki bu farklılık sonuç olarak austenit ile martensite faz arasındaki mıknatıslanma farklılığından kaynaklanır. Bu fark Ga sistemlerinde düşük, Sn/In sistemlerinde ise büyüktür. 2.4 Manyetik Soğutma Günümüzde en temel ihtiyaçlardan biri olan soğutma, gaz sıkıştırmalı kompresör teknolojisine dayanmaktadır. Fakat bu teknolojide kullanılan kloroflorokarbon (CFC) ve hidrokloroflorokarbonun (HCFC) malzemeleri çok zararlıdırlar ve çevreye verdikleri zararlar nedeniyle yasaklanmışlardır. Bu sebeple, şimdiye kadar fazla önem verilmemiş alternatif soğutma teknolojileri git gide daha büyük önem kazanmaya başlamışlardır. İlerleyen yıllarda soğutma sistemlerine SEER13 (Seasonal Energy Efficiency Ratio) standardının getirilmesi planlanmaktadır ve bu standart ile enerji kullanımının %23 29

48 azaltılması düşünülmektedir. Daha uzun vadede ise, sera etkisinin ve hava kirliliğinin önlenmesi düşünülmektedir. Fakat gaz sıkıştırılmalı kompresör teknolojisine dayanan soğutma sistemleri bu standart şartlarını karşılamakta zorlanmaktadırlar. Bu SEER13 standardı ile soğutucu sistemlerinin daha az enerji tüketmeleri ve çevreye zarar vermemeleri istenmektedir. Bu nedenle, hem daha az enerji harcayan hem de çevre dostu bir soğutma teknolojisi olan manyetik soğutma bu standarda uyumu ile daha büyük önem kazanmaktadır. Günümüzde halen kullanılmakta olan soğutucularda ve klimalarda ozon tabakasına zarar vererek küresel ısınmaya sebep olan zararlı gazlar kullanılmaktadır. Manyetik soğutucularda ise, çevreye zarar veren HCFC, CFC, HFC ya da NH3 gibi kimyasallar kullanılmamaktadır. Bu teknolojide bu tip gazların yerine çevreye zarar vermeyen manyetik malzemeler kullanılmakta olup, ısı transfer akışkanı olarak su, su alkol karışımı, hava ya da helyum gazı kullanılmaktadır. Gaz sıkıştırmalı soğutucular ile manyetik soğutucular arasındaki diğer bir fark; kompresör kullanılmamasıdır. Kompresörün kullanılmaması ile sistem içindeki hareketli parçalar azaltılmış ve gaz sıkıştırmalı soğutucularda çalışma sırasında açığa çıkan yüksek ses manyetik soğutucularda giderilmiştir. Ayrıca, kompresörün yokluğunda soğutma sırasındaki, kayıp enerji miktarı azaltılmıştır. Gaz sıkıştırmalı soğutucu teknolojisinde en fazla %40 Carnot verimi sağlanmışken, manyetik malzeme olarak Gd kullanılan manyetik soğutucu sistemlerinde %60 a kadar ulaşabilen verim elde edilmiştir. Ancak bu verim, 5 T lık yüksek manyetik alanlar kullanıldığında elde edilebilmektedir. Bu sebeple, yeni manyetik malzeme araştırmalarında, yüksek verimin daha düşük manyetik alanlar altında elde edilmesi çok önemlidir. Manyetik soğutma artık sadece buzdolaplarında değil, Infrared Charge Coupled (CCD) kameralarının soğutulmasında, elektrikli araçların klima sistemlerinde, taşınabilir soğutucularda kullanılma potansiyeline sahiptir. Son yıllarda manyetik soğutma teknolojisi üzerine yoğunlaşan çabalar, manyetik soğutucuların kullanım alanlarını da geliştirmiştir. Günümüze kadar manyetokalorik malzemeler üzerine yapılan çalışmalar ağırlıklı olarak külçe malzemeler üzerine yoğunlaşmıştır. Külçe örneklerde karşılaşılan bazı sorunlar ve çeşitli teknolojilerde kullanılabilecek mikro soğutucu gibi daha düşük boyutlu soğutucular yapma fikri araştırmacıları nanoteknolojiye yönlendirmiştir. Bu nedenle son yıllarda nanoteknolojik yöntemler kullanarak yeni manyetokalorik malzeme 30

49 geliştirme çalışmaları giderek artmıştır. Nanoteknolojik yaklaşımlardan bir tanesi aşağıdan yukarıya yaklaşımıdır. Burada amaç, yeni manyetokalorik malzemelerin bir alttaş üzerine ince film olarak büyütülmesidir. Büyütülen bu ince filmlerin spin serbestlik dereceleri kolaylıkla değişebildiğinden düşük boyutlarda manyetik geçiş sıcaklıkları yakınlarında spin dalgalanmaları artacak ve bu dalgalanmaların manyetik entropi değişimine önemli katkıları bulunacaktır. Böylece daha üstün malzemelerin geliştirilmesi mümkün olacaktır. Manyetik malzemelerin manyetik soğutucu sistemlerinde kullanılabilmesi için aşağıdaki özellikleri taşıması gerekir. Malzemede entropi değişiminin meydana gelmesi ve buna bağlı olarak üstün MKE nin gözlemlenmesi için, birinci dereceden manyetik faz geçişinin gözlemlenmesi gerekmektedir. Malzemenin yüksek soğutma gücüne sahip olması gerekmektedir. Soğutma gücü, bir malzemenin soğutma sırasında ne kadarlık bir ısıyı transfer edebileceğini gösteren bir özelliktir ve aşağıdaki eşitlik ile ifade edilmektedir. q = T Sıcak S(T) H dt T Soğuk (2.44) Manyetik malzemenin verimini belirleyen en önemli faktörlerden biri de malzemenin soğutma gücüdür. Malzemenin alan başına soğutma gücü, bir soğutma döngüsü süresince çalışma sıcaklığı ΔT d =T sıc -T soğ olmak üzere, (ΔS M.ΔT d )/H olarak verilmektedir. Bununla birlikte, fiziksel bir anlamı olmasa da uygulamalar sırasında malzemeleri birbirleri ile karşılaştırmak için kullanılan bağıl soğutma gücü (RCP) önemli bir özelliktir. RCP yi hesaplamak için manyetik entropi değişiminin ya da adyabatik sıcaklık değişiminin sıcaklıkla değişimi eğrilerinin, doruk değeri ile yarı genişliği kullanılır. RCP manyetik alan ile arttığı için, RCP/ΔH seklinde kullanımı daha uygundur. 31

50 Manyetik soğutmada, malzemenin manyetik bölmelerinin dönmesi ile soğutma gücünde kayıp meydana gelmesi büyük bir sorundur. Bu kayıptan kaçınmak için, malzemenin birinci dereceden faz geçişinde ısısal ya da alana bağlı histerisis göstermemesi beklenmektedir. Yüksek ısı kapasitesinin entropide kayıplar meydana getirmesinden dolayı malzemelerin ısı kapasitesinin düşük olması gerekmektedir. Manyetik soğutucularda kullanılacak olan manyetik malzemelerin, çevre dostu olması ve insan sağlığına zarar vermemesi manyetik soğutma teknolojisi için istenilen en önemli özelliklerdir. Ticari açıdan ise; yüksek miktarda üretim yapılacağından, malzemelerin maliyetinin düşük olması gerekmektedir. Nadir toprak elementleri fiyatlarının yüksek olması nedeniyle ekonomik olarak sorun teşkil ederler. 3d geçiş elementli bileşikler, düşük fiyatları ile alternatif çözüm sağlayabilmektedirler. 32

51 3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1 İnce Filmlerin Üretimi Bu tezde sunulan ince filmler, alaşım ve elemental hedefler kullanılarak magnetron sıçratma tekniği ile Vaksis PVD Midas 4M-2T ince film sisteminde elde edilmiştir Sıçratma tekniği Metal, seramik, plastik gibi malzemelerin bir alttaş üzerine biriktirilip ince film elde edilmesi için birçok yöntem vardır. Bu yöntemlerin arasında sıçratma olarak adlandırılan biriktirme işlemi ince film üretiminde en yaygın yöntemlerden biri olmuştur. Sıçratma tekniği, bir alttaş üzerine hedef malzeme kullanılarak biriktirmenin yapıldığı bir fiziksel buhar biriktirme (PVD) tekniğidir. Fiziksel buhar biriktirme tekniğinde yüksek vakum ortamında malzeme yüzeyinden koparılan atomlar yoğunlaşarak bir alttaş üzerine biriktirilirler. En temel sıçratma işleminde, biriktirilmesi istenen hedef malzemesi enerjik atomlar ile bombardıman edilir. Bu bombardıman işlemi için genel olarak Argon (Ar + ) gazı iyonları gibi soygaz iyonları kullanılır. İyonların hedef yüzeyine etkili bir şekilde çarpmasıyla birlikte hedef yüzeyinden atomlar sökülür. Sökülen bu atomlar belli bir mesafe kat ederek alttaşa ulaşırlar ve ince film oluşma süreci başlamış olur. Git gide atomlar alttaşa birikirler ve birbirleriyle bağlanarak atomik tabaka oluştururlar. Sıçratma süresine göre daha fazla atomik tabaka oluşarak ince film yapıları oluşur. Sıçratma tekniğini şematik olarak şekil 3.10 de gösterilmiştir. 33

52 Şekil 3.1 Sıçratma mekanizmasının şematik gösterimi Sıçratma tekniğinin tarihini göz önüne alırsak, bu yöntem ile ilk biriktirme işlemini 1852 yılında Grove yapmıştır. Sıçratma işlemini, DC gaz parlama deşarj tüpünde katottan enerjik iyonları sıçratarak ve katot malzemesini iç kısımlara biriktirerek gözlemlemiştir. Faraday 1854 yılında bu yöntem ile ince film ürettiğini ilan etmiş, 1854 yılında ise Plucker sıçratma olayını yine glow deşarj tüpünde gözlemlemiştir de Wright ayna oluşturmak amacıyla sıçratma ile biriktirme tekniğini kullanmış ve elde ettiği aynaların özelliklerini inceleyen bir makale yayınlamıştır. Edison 1904 yılında sıçratma tekniği ile gümüş kaplamış ve patentini almıştır Magnetron sıçratma tekniği Şekil 3.2 Magnetron Sıçratma Sisteminin çalışma prensibi 34

53 Bu sıçratma tekniğinde, mıknatısların bir tutucu üzerine özel yerleşimiyle oluşan magnetron denilen sıçratma kaynakları kullanılır. Magnetronu oluşturan mıknatıslar, bir kutup tutucu merkezine diğer kutuplar ise tutucunun uçlarına gelecek şekilde yerleştirilir. Bu yerleşim, manyetik alan çizgilerinin şekil 3.3 te verilen mıknatısların yerleşiminde gösterildiği gibi hedef yüzeyi üzerinde dairesel bir şekilde oluşmasını sağlamaktadır. Ayrıca magnetronda oluşan elektriksel alan (E ) ve manyetik alan (B ) birbirine dik olur. Manyetik alan çizgilerinin dairesel olarak ve yüzey üzerinde oluşması iyon bombardımanı sırasında meydana gelen ikincil elektronların hedef yüzeyi etrafında tutulmalarını sağlar. Elektronların hedef yüzeyi etrafında tutulmasıyla iyonlaşma için gerekli olan atom-elektron çarpışma oranı arttırılmış olur ve magnetron yüzeyinde yoğun bir plazma meydana gelir. Böylece daha yüksek sıçratma oranları ile hedefe olan iyon bombardımanı arttırılarak daha yüksek biriktirme hızları elde edilmektedir. Şekil 3.3 Magnetronu oluşturan mıknatısların yerleşimi ve manyetik alan çizgilerinin oluşumu Magnetron sıçratma tekniğinde biriktirme hızının kontrol edilebildiği başlıca beş parametre vardır; 35

54 1-) Hedef malzeme; Bazı malzemelerin yüzeyinden atom kopartmak için daha fazla enerji gerekirken bazı malzemelerde ise daha düşük enerji ile atomlar kopartılabilir. Bu nedenle kullanılan hedef malzeme türüne göre biriktirme hızı değişmektedir. Örneğin aynı şartlarda demir(fe) hedeften daha yavaş biriktirme yapılırken, Bakır(Cu) hedeften çok daha hızlı biriktirme yapılabilir. 2-) Alttaş-hedef mesafesi; Genelde sabit tutulan bir parametredir. Bunun nedeni, özellikle birden fazla magnetronun bulunduğu sistemlerdeki magnetronların yerlerinin özel olarak ayarlanması ve küçük değişimler halinde biriktirme özelliklerinde büyük değişimlerin meydana gelmesidir. Sadece bu parametre üzerine yapılan özel çalışmalarda değiştirilmektedir. 3-) Hedefe uygulanan güç; Biriktirme hızını etkileyen en önemli parametrelerden biridir. Uygulanan güç arttıkça biriktirme hızı da artmaktadır. Ayrıca sadece biriktirme hızını etkilemez aynı zamanda elde edilen filmin diğer özelliklerini de etkileyebilir. 4-) Biriktirme yapılan ortam basıncı; Ortam basıncının azaltılmasıyla hedeften koparılan atomların gaz fazındaki saçılma olasılığı giderek azalmaktadır. Bu nedenle atltaşa ulaşabilen atom miktarı artar ve biriktirme hızı böylece yükselmiş olur. 36

55 5-) Hedef alanı; Kullanılan hedef alanı arttıkça daha fazla atom koparılacağından biriktirme hızı da buna bağlı olarak artmaktadır Vaksis PVD Midas 4M-2T ince film sistemi Magnetron sıçratma tekniğinin kullanıldığı Vaksis marka ince film sistemi; 2 tanesi DC magnetron ve 2 tanesi RF magnetron olmak üzere 4 adet magnetrona sahiptir. Ayrıca sistemde 2 tane de ısıl buharlaştırma kaynağı mevcuttur. Dört magnetrondan eş zamanlı kaplama yapabilme yeteneğine sahiptir. Bu özellik sayesinde elemental hedefler kullanılarak alaşım ince filmler elde edilebilmektedir. Vakum seviyesi turbo pompa ile kendiliğinden Torr basınç değerine kadar düşebilmekte, sıvı azot ile desteklendiğinde ise 10-8 Torr basınç değerlerine ulaşabilmektedir. İnce filmlerin özelliklerinin değiştirilebildiği bir parametre de alttaş sıcaklığıdır. Bundan dolayı alttaşın geniş bir sıcaklık aralığında ısıtılabilmesi istenen bir özelliktir. Bu ince film sistemi alttaşı 650 o C ye ısıtabilme yeteneğine sahiptir. İnce filmlerde istenilen homojenliğin elde edilebilmesi için alttaşın geniş bir hız aralığında dönme yeteneğinin olması gerekir. Bu sistemde alttaş 3-30 rpm hız aralığında dönme yeteneğine sahiptir. 4 adet QCM kalınlık algılayıcısı mevcuttur ve bu kalınlık algılayıcılar 0,1 A/s kalınlık ölçüm hassasiyetine sahiptir. 37

56 Şekil 3.4 Vaksis PVD Midas 4M-2T İnce Film Sistemi 3.2 İnce Filmlerin Yapısal Karakterizasyonu Bu tez kapsamında elde edilen ince filmlerin yapısal özellikleri Taramalı elekron mikroskobu (SEM) ve Atomik kuvvet mikroskobu (AKM) ile incelenmiştir. İnce filmlerin kalınlık ölçümleri ise Profilometre ile yapılmıştır Taramalı elektron mikroskobu (SEM) Taramalı elektron mikroskobu, odaklanmış yüksek enerjili elektron demeti kullanarak büyük ölçüde büyütülmüş görüntüler elde edebilen bir mikroskop tekniğidir. Elektronlar ve malzeme arasındaki etkileşimden elde edilen sinyaller, malzemenin yüzey topografisi, kimyasal bileşimi ve kristal yapısı hakkında bilgi verebilir. Gelen ışın demetinin uyarımı ile meydana gelen elektron-örnek arasındaki etkileşimden oluşan sinyaller, şekil 3.5 te de gösterilen ikincil elektronları (SE), geri saçılan elektronları 38

57 (BSD), kırınımlı geri saçılmış elektronları (DBDS), Auger elektronlarını ve x-ışınlarını içermektedir. Şekil 3.5 Gelen ışının uyarımı ile örnek yüzeyinden çıkan elektronlar ve x ışınları İkincil elektronlar malzemenin morfolojisi ve topografisi hakkında bilgi verebilmektedir. Geri saçılan elektronlar çok fazlı bileşimde zıtlıkları gösterebilmektedir. Bir malzemedeki her bir element için oluşan karakteristik x-ışınları analiz edilerek malzemenin oluştuğu elementlerin kompozisyonunun belirlenmesi için kullanılmaktadır. Karakteristik X-ışınları, enerji dağılımlı X-ışınları dedektöründe toplanılıp analiz edildiği için bu analize enerji dağılımlı X-ışını(EDX) analizi denilmektedir. Şekil 3.6 Taramalı elektron mikroskobu şematik gösterimi ( 2016) 39

58 Bu tez kapsamında elde edilen ince filmlerin kompozisyon analizleri, Ankara Üniversitesi Elektron Mikroskobu Birinde bulunan ZEISS EVO40 model taramalı elektron mikroskobu ile yapılmıştır (Şekil 3.7). İnce filmlerin SEM görüntüleri ise Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesinde Merkezi Laboratuvarında bulunan JEOL JSM model taramalı elektron mikroskobu ile elde edilmiştir. Şekil 3.7 ZEISS EVO40 model taramalı elektron mikroskobu Şekil 3.8 JEOL JSM-6610 model taramalı elektron mikroskobu 40

59 3.2.2 Atomik kuvvet mikroskobu (AKM) Atomik kuvvet mikroskobu 1986 yılında Gerd Binnig, Calvin F. Quate ve Christopher Herber tarafından icat edilmiştir (Cullity ve Graham 2009). AKM nin çalışma prensibi, uç kısmında sivri bir uca sahip elastik bir çubuk ile yapılan ölçüm uçları kullanılarak uç ile örnek yüzeyi arasındaki etkileşimli kuvvetin ölçülmesidir (Şekil 3.8). Uca örnek yüzeyi tarafından uygulanan kuvvet, çubuğun bükülmesine sebep olur. Çubuğun bükülme miktarı ölçülerek yüzey-uç arasındaki etkileşimli kuvveti hesaplamak mümkündür. Şekil 3.9 AKM ucunun şematik gösterimi (Cullity ve Graham 2009) AKM ile ölçülen etkileşimli kuvvetler, van der Waals kuvvetleri dikkate alınarak nitel olarak açıklanabilir (Cullity ve Graham 2009). Birbirlerinden r kadar uzakta bulunan iki atomun van der Waals potansiyel enerjisi, üstel fonksiyon-lennard-jones potansiyeli ile yaklaşık olarak bulunabilir. U LD (r) = U 0 [ 2 ( r 0 r )6 + ( r 0 r )12 ] (3.1) Bu toplamın ilk terimi temelde bir dipol-dipol etkileşiminin neden olduğu uzun mesafeli çekici ve ikinci terimi ise Pauli dışarlama prensibinden kaynaklanan kısa mesafeli itici 41

60 etkileşmeleri hesaba katmaktadır. r 0 parametresi, atomlar arasındaki denge mesafesidir. r=r 0 durumunda enerji değeri minimum olmaktadır. Şekil 3.10 Lennard-Jones potansiyeli grafiği (Cullity ve Graham 2009) Lennard-Jones potansiyeli, ucun örnek yüzeyi ile etkileşim kuvvetinin hesaplanmasına olanak tanır. Uç-örnek sisteminin enerjisini, uç ve örneğin tüm atomları için temel etkileşimleri ekleyerek türetebiliriz. Etkileşim enerjisi için aşağıdaki eşitlik elde edilir; W PS = U LD (r r )n P (r )n s (r)dvdv V P V S (3.2) n S (r) ve n P (r ) sırasıyla örnek ve uç atomlarının yoğunluklarıdır. Buna göre, ucu yüzeyden etkileyen kuvvet aşağıdaki şekilde hesaplanabilir: F PS = grad(w PS ) (3.3) Genel olarak bu kuvvet, hem örnek yüzeyine dik bileşen hem de yanal bileşen içermektedir. Bir ucun örnekle gerçek etkileşimi daha karmaşık bir karaktere sahiptir. Yine de temel özellikler aynıdır. AFM ucu, örnek tarafından büyük mesafelerde çekilirken küçük mesafelerde itilmektedir. 42

61 Şekil 3.11 Uç ve örnek atomları arasındaki etkileşim enerjisinin hesaplanmasında kullanılan uç-örnek mesafeleri (Cullity ve Graham 2009) Atomik kuvvet mikroskobunda yüzey topografisinin elde edilebilmesi için elastik çubuğun küçük sapmalarının kaydedilmesi gerekmektedir. Bu nedenle AKM teknolojisinde optik yöntemler yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 3.11). Şekil 3.12 Çubuğun sapma miktarını ölçmek için kullanılan optik sistem (Cullity ve Graham 2009) Optik sistem, bir diyot lazer tarafından yayılan ışının çubuk üzerine odaklanacağı ve yansıyan lazer ışınının fotodetektörün merkezine geleceği şekilde ayarlanır. Dört bölmeli foto diyotlar pozisyona duyarlı foto detektörler olarak kullanılırlar. 43

62 Şekil 3.13 Çubuğun hareket yönüne göre foto detektöre çarpan lazer ışınının hareketi (Cullity ve Graham 2009) Optik sistem tarafından iki nicelik ölçülebilir. Bu nicelikler, çekici veya itici kuvvetlere (F Z ) bağlı ve uç yüzey etkileşim kuvvetlerinin yanal bileşenlerine (F L ) bağlı çubuk hareketleridir (Şekil 3.11). Foto diyot bölümlerindeki fotoakımların referans değerleri I 01, I 02, I 03, I 04 olarak belirlenirse ve I 1, I 2, I 3, I 4 çubuk pozisyonu değiştikten sonraki akım değerleri ise, foto diyodun farklı bölümlerindeki akımlarının farkı çubuğun bükülme yönünün karakteristiğini ve değerini belirleyecektir. I Z = ( I 1 + I 2 ) ( I 3 + I 4 ) (3.4) Eşitlik 3.4 deki akım farkı, örnek yüzeyine dik olan kuvvet nedeniyle çubuğun bükülmesi ile orantılıdır (Şekil 3.13.a). I L = ( I 1 + I 4 ) ( I 2 + I 3 ) (3.5) Eşitlik 3.5 deki akım farkı ise yanal kuvvetler nedeniyle çubuk bükülmesini karakterize etmektedir. 44

63 ΔI Z değeri, atomik kuvvet mikroskopunun geri besleme döngüsünde giriş parametresi olarak kullanılır (Şekil 3.14). Geri besleme sistemi bir piezoelektrik dönüştürücü ile ΔI Z değerini sabit tutar. Piezoelektrik dönüştürücü, çubuğun örnek yüzeyine dik yöndeki hareket başlamadan önceki konumunu (ΔZ 0 ) hareketten sonraki konumuna (ΔZ 1 ) eşit tutmak için uç ile örnek yüzeyi arasındaki mesafeyi kontrol eder. Şekil 3.14 AKM nin optik sisteminde geri beslemenin şematik gösterimi (Cullity ve Graham 2009) Örnek yüzeyi, ΔZ = sabit modunda taranırken uç yüzey boyunca hareket eder. Böylece Z elektrotu üzerindeki voltaj, yüzey topografisi olarak bilgisayar belleğine kaydedilir. AKM de alınan ölçüm sonuçlarında koyu kısımlar yüzeydeki çukurları, açık renkli kısımlar ise tepe kısımlarını göstermektedir. Bu tezde yer alan ince filmlerin yüzeyi hakkında bilgi edinebilmek için Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü Manyetik Malzemeler Araştırma Grubu Laboratuvarlarında bulunan NT-MDT Solver Pro model Atomik Kuvvet Mikroskobu kullanılmıştır. 45

64 Şekil 3.15 NT-MDT Solver Pro model Atomik Kuvvet Mikroskobu Profilometre Tüm profilometreler, dedektör ve örneğin koyulduğu tabla olmak üzere 2 parçadan oluşur. Bazı sistemlerde ölçüm için sadece örnek tablası veya sadece dedektör hareket ettirilebilirken bazılarında ise hem dedektör hem de örnek tablası hareket ettirilebilir. İğneli ve optik olmak üzere iki çeşit profilometre vardır. İğneli profilometreler, atomik kuvvet mikroskobuna benzer olarak yüzeyi algılamak için sivri bir uç kullanarak yüzey yüksekliğini elde etmek için bu ucu yüzey boyunca hareket ettirir. Bu işlem mekanik olarak yüzey boyunca tarama yapılırken uç ile örnek yüzeyi arasındaki kuvvetin kontrol edildiği geri besleme döngüsü ile yapılır. İğneli profilometreler, kuvvet geri beslemesini ve ucun fiziksel olarak yüzeye temas etmesini gerektirir. Bu nedenle son derece hassas ve yüksek Z çözünürlüğü sağlarken, yumuşak yüzeylere duyarlıdır ve uç örnek yüzeyinin kirli olması durumunda bozulabilir. Aynı zamanda uç da bazı örnek yüzeylerini tahrip edebilir. İğneli profilometreler, yüzeyle teması sürdürürken X, Y ve Z yönlerinde hareket etmesi 46

65 nedeniyle, temassız tekniklerden daha yavaştır. Ucun boyutu ve şekli, ölçümleri etkileyebilir ve yanal çözünürlüğü sınırlayabilir. İğneli profilometreler, yüzey pürüzlülükleri hakkında bilgi verdiği gibi ince filmlerin kalınlıklarının ölçülmesinde de yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Bu tip profilometreler de yüksekliklerin belirlenebilmesi için ölçülecek olan örnekten referans olarak bir yükseklik seçilmeli, bu yüksekliğe göre pürüzlülük analizi yapılmalıdır. Bu nedenle bu teknik ile ince filmlerin kalınlıklarının ölçülebilmesi için ince filmin kaplanıldığı alt taş üzerinde kaplanmamış bir yüzey bırakılmalıdır. Şekil 3.16 İğneli profilometrenin şematik gösterimi Optik profilometrelerde, fiziksel bir uç yerine lazer ışını kullanır. Bu teknikte dikkat edilmesi gereken en önemli nokta, ışığı yüzeyin 3 boyutlu olarak algılanacağı şekilde yönlendirmektir. Bu tez kapsamında elde edilen ince filmlerin kalınlık ölçümleri, Gazi Üniversitesi Fotonik Laboratuvarında bulunan Veeco Dektak 150 profilometresi ile yapılmıştır. Bu profilometrede iğne temas tekniği kullanılmaktadır. 47

66 Şekil 3.17 Veeco Dektak 150 profilometresi Şekil 3.18 Veeco Dektak 150 profilometresi iğnesi 3.3 İnce Filmlerin Manyetik Karakterizasyonu İnce filmlerin manyetik karakterizasyonları, titreşimli örnek manyetometresi ve manyetik kuvvet mikroskobu kullanılarak yapılmıştır. 48

67 3.3.1 Titreşimli örnek manyetometresi (VSM) Bu cihaz S. Foner tarafından 1959 da geliştirilmiş olup zaman zaman Foner manyetometresi olarak da adlandırılmaktadır. Titreşimli örnek manyetometresinin çalışma prensibi, manyetik örnek titreştiğinde meydana gelen akı değişimi ile birlikte bir elektromanyetik kuvvetin oluştuğunu ifade eden Faraday yasasına dayanmaktadır (Eşitlik 3.6). Eds = dφ B dt (3.6) Manyetik örnek, manyetik olmayan bir çubuğun bir ucuna yerleştirilir. Çubuğun diğer ucu çubuğun titreştirilmesi için kullanılan hoparlör konisi denilen titreştiriciye veya başka bir çeşit mekanik titreştiriciye sabitlenir (Şekil 3.17). Titreşen örneğin manyetik alanı, algılama bobinlerinde büyüklüğü titreşen örneğin manyetik momentleri ile orantılı olan alternatif emk indükler. Alternatif emk, genellikle titreşim frekansındaki sinyallere duyarlı olan bir kilitlemeli yükseltici yardımıyla yükseltilir. Kilitlemeli yükseltici için sürücü sistemine bağlanan optik, manyetik veya kapasitif bir sensörden gelebilecek titreşim frekansında olan bir referans sinyali sağlanmalıdır. Cihaz, ölçülecek olan örnek ile aynı boyutta ve aynı şekilde olan manyetik momenti bilenen bir örnek ile kalibre edilir. Ayrıca bu örnek ölçülecek örnek ile aynı geçirgenliğe sahip olmalıdır. 49

68 Şekil 3.19 Titreşimli örnek manyetometresinin şematik gösterimi Sürücü sistem mekaniksel ise frekansı 40 Hz veya daha az, titreşim genliği ise birkaç mm civarında olmaktadır. Şekil 3.17 deki gibi hoparlöre bağlı ise genellikle frekans 100 Hz ve titreşim genliği de 0.1 mm civarında olmaktadır (Cullity ve Graham 2009). Standart bir VSM cihazı yaklaşık olarak 10 5 emu=erg/oe yada 10-8 A.m 2 değerindeki manyetik momentleri ölçebilmektedir (Cullity ve Graham 2009). VSM ile manyetik malzemenin mıknatıslanma eğrileri veya histerisis eğrileri elde edilebilmektedir. VSM in çalışma sıcaklığı oldukça geniştir. Kullanılan çubuğun yüksek ve düşük sıcaklıklara dayanıklı olması sayesinde düşük sıcaklıklarda ve yüksek sıcaklıklar ölçüm yapılabilmektedir. Bu tez kapsamında elde edilen ince filmlerin sıcaklığa ve manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümleri Ankara Üniversitesi Manyetik Araştırma Laboratuvarında bulunan titreşimli örnek manyetometresi ile yapılmıştır. 50

69 Şekil 3.20 Ankara Üniversitesi Manyetik Araştırma Laboratuvarında bulunan titreşimli örnek manyetometresi Manyetik kuvvet mikroskobu (MKM) Manyetik kuvvet mikroskobu, taramalı kuvvet mikroskoplarının özel bir çalışma modudur. MFM, atomik kuvvet mikroskopunun icadından kısa bir süre sonra icat edilmiş ve örneğin özel bir şekilde hazırlanmasına veya özel çevre koşullarına ihtiyaç duymadan yüksek görüntü çözünürlüğü sunan bir teknik olarak popüler olmuştur. 1990'lı yılların başından bu yana, manyetik materyallerin temel araştırmalarında ve manyetik kayıt bileşenlerinin geliştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu teknikte, atomik kuvvet mikroskobundan farklı olarak esnek bir çubuğun ucuna yerleştirilmiş manyetik malzeme ile kaplanmış keskin uçlar kullanılır. Uç numune yüzeyine ( nm) yakın yerleştirilir ve örnek yüzeyinden çıkan manyetik alan ile etkileşir. Görüntü, ucun örnek yüzeyinin yanal olarak taranması ve kuvvetin (veya kuvvet gradyanının) ölçülmesiyle oluşturulur. MKM de ölçüm alınırken, uç ilk olarak örnek yüzeyinin topografisini elde eder. İkinci aşamada, bu topografi yardımıyla yüzeye belli bir mesafe uzaklıkta ( nm) tarayarak manyetik yapı görüntülerini elde eder. Bu nedenle manyetik kuvvet mikroskobunda ölçüm yapıldığında yüzeyin hem 51

70 topografisi hem de manyetik yapı özellikleri hakkında bilgi edinilmektedir. İki aşamada ölçüm alınmasının nedeni, ikinci aşamada Van der Waals etkileşmelerini azaltarak sadece manyetik etkileşmelerin olmasını sağlamaktır. Bu sayede daha iyi ve güvenilir ölçümler alınabilmektedir. Şekil 3.21 Manyetik kuvvet mikroskobunda yüzey taramasının şematik gösterimi (Cullity ve Graham 2009) Manyetik kuvvet mikroskobunda görüntü oluşumunun temelleri MFM, temassız bir yöntemdir. Statik ve dinamik olmak üzere iki çalışma kipine sahiptir. Statik kip, uca etki eden manyetik kuvveti algılamaktadır. Dinamik kip ise uç üzerinde etkili olan kuvvet türevini ölçmektedir. Kuvvet türevi faz kaymaları, salınım genliği veya rezonans frekansı gibi ucun dinamik özelliklerindeki değişmeleri belirler. Çubuk, kendi rezonans frekansında salınım yapması için uyarılır ve böylece frekans değişimine uğrayan harmonik osilatör olarak davranabilir. f f 1 2C F z (3.7) Çekici etkileşme ( F > 0), negatif frekans değişimine neden olurken itici etkileşmeler z ise ( F < 0) positif frekans değişimine neden olur. z 52

71 Kuvvetin türevi, elektrostatik uç-örnek etkileşimleri, van der Waals kuvvetleri veya kılcak kuvvetler olmak üzere çok çeşitli kaynaklardan meydana gelebilir. Bununla birlikte MKM, uç ile örnek arasındaki uzun erimli manyetostatik çiftlenimlerden meydana gelen bu kuvvetlere dayanmaktadır. Bu çiftlenim, görüntü oluşum mekanizmasını oldukça karmaşık hale getiren ucun iç manyetik yapısına bağlıdır. Bu tez çalışmasında sunulan ince filmlerin yüzeylerinin manyetik yapısı, Ankara Üniversitesi Manyetik Malzemeler Araştırma Laboratuvarında bulunan manyetik kuvvet mikroskobu ile incelenmiştir. 53

72 4. ARAŞTIRMA BULGULARI 4.1 Tek Katmanlı İnce Filmler Bu tez çalışmasında tek katmanlı olarak Ni-Co-Mn-In, Ni-Mn-Ga ve Ni-Co-Mn-Al ince filmleri üretilerek yapısal ve manyetik özellikleri incelenmiştir Ni-Co-Mn-In ince filmleri İnce filmler, Ni-Co-Mn-In ( ) alaşım hedefinden DC magnetronda silisyum alttaş üzerine sıçratma yapılarak elde edilmiştir. Elde edilen ince filmlerin üretim parametreleri çizelge 4.1 de verilmiştir. Çizelge 4.1 Ni-Co-Mn-In ince filmlerinin üretim parametreleri Basınç (mtorr) Uygulanan Güç (W) Alttaş Dönme Hızı (rpm) Alttaş Sıcaklığı ( o C) Argon Akış Hızı (sccm) Kaplama Süresi (dk) 1 no lu Oda sıc no lu Oda sıc no lu Oda sıc Ni-Co-Mn-In ince filmlerinin yapısal özelliklerinin incelenmesi İlk olarak hedef malzemenin kompozisyonu ile yakın kompozisyonlara sahip ince filmlerin elde edilmesi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda farklı basınç ve güçlerde ince filmler üretilmiş ve taramalı elektron mikroskobu(sem) ile kompozisyon(edx) analizi yapılmıştır. Buna ek olarak elde edilen kompozisyon değerleri ile basınç değişiminin kompozisyon üzerindeki etkisi incelenmiştir. 54

73 1 no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin kompozisyon analizi; Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin EDX analizi spektrumu Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin farklı bölgelerden alınmış kompozisyon değerleri 1.Bölge (at.%) 2.Bölge (at.%) 3.Bölge (at.%) Ortalama (at.%) Ni Co Mn , In İnce filmin 3 bölgesinden kompozisyon analizi yapılmıştır. Her bir bölgenin kompozisyonuna bakıldığında birbirine çok yakın olduğu görülür. Bu sonuç ise ince filmin homojen bir şekilde kaplandığını göstermektedir. Ayrıca ortalama kompozisyon değerine bakıldığında, hedefin kompozisyonuna yakın olduğu görülmektedir. Bu istenilen bir sonuçtur. İnce filmin kompozisyon analizinden elde edilen SEM görüntüsü şekil 4.2 de verilmiştir. 55

74 Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin SEM görüntüsü 2 no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin kompozisyon analizi; Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin EDX analizi spektrumu 56

75 Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin farklı bölgelerden alınmış kompozisyon değerleri 1.Bölge (at.%) 2.Bölge (at.%) Ortalama (at.%) Ni Co Mn In İnce filmin 2 bölgesinden kompozisyon analizi yapılmıştır. Ortalama kompozisyon değerine bakıldığında Nikel(Ni), Mangan(Mn) ve İndiyum(In) kompozisyon değerlerinin hedefin kompozisyon değerlerine yakın olduğu, fakat kobalt(co) kompozisyon değerinin istenilen kompozisyondan fazla olduğu görülmektedir. Kompozisyon analizinden elde edilen SEM görüntüsü şekil 4.4 te verilmiştir. Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin SEM görüntüsü 57

76 3 no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin kompozisyon analizi; Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin EDX analizi spektrumu Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin farklı bölgelerden alınmış kompozisyon değerleri 1.Bölge (at.%) 2.Bölge (at.%) 3.Bölge (at.%) Ortalama (at.%) Ni Co Mn In ,59 Üç bölgeden kompozisyon analizi yapılmıştır. Kompozisyon değerlerine göre Nikel(Ni) ve Kobalt(Co) kompozisyon değerlerinin istenilen kompozisyon değerlerinde elde edilemediği görülmüştür. 58

77 Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin SEM görüntüsü Ni-Co-Mn-In 1 no lu, 2 no lu ve 3 no lu ince filmlerinin kompozisyon analizi değerlendirmesi; Çizelge no lu, 2 no lu ve 3 no lu ince filmlerinin kompozisyon karşılaştırması 1 no lu ince film (at.%) 2 no lu ince film (at.%) 3 no lu ince film (at.%) Hedef malzeme (at.%) Ni Co Mn In ,59 16 Yapılan kompozisyon analizi sonuçlarına göre basınç arttıkça Nikel(Ni) kompozisyonunun azaldığı, Kobalt (Co) kompozisyonunun ise arttığı gözlemlenmiştir. Mangan (Mn) ve İndiyum (In) kompozisyonları ise basınç ile değişim göstermemiştir. Diğer yandan bu sonuçlara göre 1 ve 2 nolu ince filmlerin, istenilen kompozisyona en 59

78 yakın kompozisyona sahip ince filmler oldukları anlaşılmıştır. Bu nedenle 3 no lu ince film dikkate alınmamış sadece 1 ve 2 no lu ince filmlerin özellikleri incelenmiştir. 1 ve 2 no lu Ni-Co-Mn-In ince filmlerinin kalınlıkları, iğneli profilometre ile belirlenmiştir. İnce filmlerin 4 er bölgesinden kalınlık ölçümü yapılarak hem filmlerin ortalama kalınlığı bulunmuş hemde ince filmlerin homojenliği hakkında bilgi edinilmiştir. Her bir bölgenin kalınlıkları ve ortalama kalınlıklar çizelge 4.6 da verilmiştir. Ayrıca Dektak 150 profilometresi yazılımından elde edilmiş kalınlık ölçüm grafikleri şekil 4.7 ve 4.8 de verilmiştir. Profilometre de ölçüm alabilmek için Bölüm anlatıldığı gibi alt taşta kaplanmamış bir yüzey bulunmalıdır. Grafiklerde görülen kırmızı çizginin üzerinde olduğu kısım kaplanmamış yüzeyi temsil ederken yeşil çizginin olduğu kısım ise kaplanmış yüzeyi temsil etmektedir. Bu iki yüzey farkından ince filmin kalınlığı belirlenmektedir. Grafiklerde görülen pikler ise ince filmin üzerindeki safsızlıklar nedeniyle meydana gelmektedir. Bu safsızlıklar ne kadar az olursa o kadar iyi ölçüm alınabilmektedir. Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin kalınlık ölçüm grafiği 60

79 Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin kalınlık ölçüm grafiği Çizelge 4.6 Ni-Co-Mn-In İnce filmlerinin kalınlık değerleri 1 no lu ince film(nm) 2 no lu ince film(nm) 1.Bölge Bölge Bölge Bölge Ortalama Magnetron sıçratma tekniğinin anlatıldığı Bölüm de de bahsedildiği gibi sıçratmanın yapıldığı ortam basıncı azaldıkça biriktirme hızı yükselir. Buna bağlı olarak film kalınlıkları da artmaktadır. Elde edilen kalınlık ölçüm sonuçlarına göre basıncın azalmasıyla film kalınlığının arttığı gözlemlenmiştir. Bu sonuç kuramsal kısımda anlatılanlar ile uyumludur. 1 no lu ve 2 no lu ince film yüzeylerinin yapısal özellikleri atomik kuvvet mikroskobu ile incelenmiştir. İki ve üç boyutlu Atomik kuvvet mikroskobu görüntüleri şekil de verilmiştir. Ayrıca AKM Yazılımından elde edilen pürüzlülük analizleri çizelge de verilmiştir. 61

80 Şekil 4.9 1no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü 62

81 Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin pürüzlülük analizi verileri Pürüzlülük verileri Maksimum Ortalama Pürüzlülük Ortalama karekök (KOK) nm 1.65 nm 2.34 nm Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü 63

82 Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin pürüzlülük analizi verileri Pürüzlülük verileri Maksimum Ortalama Pürüzlülük Ortalama Karekök (KOK) nm 1.42 nm 2.80 nm 1 no lu ince filmin oda sıcaklığında alınan AKM görüntülerinde birbirine dik kesen yapılar olduğu gözlenmiştir. Bu yapıların, literatürde yapılan çalışmalar göz ününe alındığında martensit yapılar olduğu tahmin edilmektedir. Bu ince filmin ortalama pürüzlülüğü 1.64 nm bulunmuştur. 2 no lu ince filmin oda sıcaklığında alınan AKM görüntülerinde ise martensite yapılara benzer herhangi bir yapı gözlenememiştir. Ayrıca ortalama pürüzlülüğü 1.42 nm bulunmuştur. Basıncın artmasıyla birlikte ortalama pürüzlülüğün 1.65 nm den 1.42 nm ye azaldığı gözlemlenmiştir Ni-Co-Mn-In ince filmlerinin manyetik özelliklerinin incelenmesi 1 no lu ve 2 no lu Ni-Co-Mn-In ince film yüzeylerinin manyetik yapıları manyetik kuvvet mikroskobu ile incelenmiştir. Manyetik Kuvvet Mikroskobunda görüntü alınmadan önce ucun manyetik momentleri bir mıknatıs yardımı ile aynı doğrultuda yönlendirilmiştir. Elde edilen MKM görüntülerinde mavi bölgeler çekici etkileşmeleri gösterirken kırmızı bölgelerde itici etkileşmeleri göstermektedir. Elde edilen iki ve üç boyutlu MKM görüntüleri şekil de gösterilmiştir. 64

83 Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin iki boyutlu MKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin MKM analizi verileri MKM verileri Maksimum 1.53 Minimum Ortalama 0.19 Kare Ortalama Kare (KOK)

84 Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin iki boyutlu MKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin MKM analizi verileri MKM verileri Maksimum 7.75 Minimum Ortalama 2.15 Kare Ortalama Kare (KOK)

85 Nova yazılımından MKM görüntüleri analiz edilerek 1 no lu ince filmin ortalama faz değeri ve kare ortalama kare değeri bulunmuştur (Çizelge 4.9). 2 no lu örneğin ortalama faz değeri ve kare ortalama kare değeri bulunmuştur (Çizelge 4.10). 1 no lu ve 2 no lu Ni-Co-Mn-In manyetik ince filmlerinin manyetik özelliklerini belirlemek için zayıf manyetik alanda (100 Oe) sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümleri yapılmıştır. 1 no lu ince filmin alan ısıtmalı (FH) ve alan soğutmalı (FC) sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümü 233K-375K sıcaklık aralığında alınmıştır. 2 no lu ince filmin ise alan ısıtmalı (FH) ve alan soğutmalı (FC) sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümü 200K- 475 sıcaklık aralığında alınmıştır. Bu sıcaklık aralıkları ince film üzerinde yapılan ön ölçümler ile belirlenmiştir. Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği 67

86 Çizelge no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin martensit başlangıç(m s ), martensit bitiş(m f ), austenit başlangıç(a S ),austenit bitiş(a f ) ve Curie sıcaklıkları M s (K) M F (K) A S (K) A F (K) T C (K) no lu ince filmin elde edilen sıcaklığa bağlı mıknatıslanma eğrisine göre 100 Oe lik dış manyetik alan altında sıcaklık azalırken mıknatıslanmadaki artış 295K sıcaklık civarında olmaktadır. Gözlenen bu mıknatıslanmadaki artış manyetik ince filmin Curie sıcaklığını verir. Curie sıcaklığı aynı zamanda dm/dt-t grafiğinin minimum noktasından da bulunabilir. Şekil 4.17 verilen mıknatıslanma eğrisi incelendiğinde ıstma ve soğutma yönünde alınan ölçümler arasında bir histerisis meydana geldiği görülmektedir. Bu histeris ile ince filmin yapısal dönüşüm gösterdiği anlaşılmaktadır. Yapısal dönüşüm sıcaklıkları çizelge 4.11 de verilmiştir. Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği 68

87 2 no lu ince filmin elde edilen sıcaklığa bağlı mıknatıslanma eğrisine göre 100 Oe lik dış manyetik alan altında Curie sıcaklığı 342 K civarındadır. Mıknatıslanma eğrisinde görüldüğü gibi mıknatıslanmada belli bir sıcaklık değerinde azalma ve bir histerisis oluşumu gözlenmemiştir (Şekil 4.18). Bu sonuçta göstermektedir ki; bu manyetik ince filmde yapısal faz dönüşümü gözlenememiştir. Sadece manyetik faz geçişi meydana gelmiştir. 1 no lu ince filmde yapısal geçiş olupta 2 no lu ince filmde yapısal geçişin olmama nedeninin ince filmlerin aradaki kompozisyon farklılığıdan olduğu düşünülmektedir. Mangan (Mn) ve İndiyum (In) kompozisyonları aynı olsa da basınç arttığında Nikel (Ni) ve Kobalt (Co) kompozisyonlarındaki değişim 2 no lu ince filmde yapısal geçişin olmamasına neden olmuştur. 1no lu ince filmin dış manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümleri 0-1.8T manyetik alan altında yapısal faz geçişinin meydana geldiği 253 K-283 K sıcaklık aralığında 5 K lik aralıklarla alınmıştır (Şekil 4.19). 2 no lu ince filmde yapısal geçiş gözlemlenmediği için manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümü yapılmamıştır. Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin dış manyetik alana bağlı mıknatıslanma eğrileri Manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümüne göre 253 K sıcaklığında doyum mıknatıslanması en yüksek değere sahiptir. Daha düşük sıcaklıklara gidildikçe 69

88 mıknatıslanma azalmaktadır. Bu M(H) eğrileri kullanılarak 0-1.8T lık manyetik alanda manyetik entropi değişimi değerleri, Maxwell bağıntısı yardımı ile hesaplanmıştır. Şekil no lu Ni-Co-Mn-In ince filminin entropi değişimi eğrileri Şekil 4.20 deki entropi değişimi eğrilerinden manyetik alan arttıkça entropi değişiminin arttığı gözlemlenmiştir. 1 T ve 1.8 T'lık dış manyetik alan değişimi sırasında Martensit faz dönüşümü bölgesinde elde edilen en yüksek manyetik entropi değişimi 3.6 J/Kg.K dır. Martensit bölge yakınlarında, manyetik entropi artı değerli çıkmıştır. Bu değerlerin artı değerli çıkması ile geçişin ters manyetokalorik etki gösterdiği anlaşılmaktadır. Diğer yandan, yapısal faz dönüşümü bölgesinin dışında manyetik entropi değişimi eksi değerli çıkmıştır. Bu sonuçta göstermiştir ki, bu bölge dışında ince film normal manyetokalorik etki göstermektedir. Bu değerler büyüklük olarak literatürde bu tür ince filmlerde elde edilen örneklerle kıyaslanabilir düzeydedir Ni-Mn-Ga ince filmleri Ni-Mn-Ga ince film çalışmalarında, Ni-Co-Mn-In ince film çalışmalarında olduğu gibi ilk hedef ince filmleri istenilen kompozisyon değerlerinde elde etmek olmuştur. Bu amaç ile ince filmler iki farklı grup olarak silisyum alttaş üzerine üretilmiştir. 1. Grup 70

89 ince filmler, sadece Ni-Mn-Ga( ) alaşım hedeften RF magnetronda sıçratma yapılarak elde edilmiştir. 2. Grup ince filmler ise Ni-Mn-Ga ( ) alaşım hedeften ve elemental Mangan hedeften eş zamanlı sıçratma yapılarak elde edilmiştir. 2. grup ince film üretiminde alaşım hedefe ek olarak Mangan hedef kullanılmasındaki amaç 1. grup ince film kompozisyon değerlerine göre daha iyi kompozisyon değerleri elde etmektir. 1. grup ve 2. grup İnce filmlerin üretim parametreleri sırasıyla çizelge de verilmiştir. Çizelge grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin üretim parametreleri Basınç (mtorr) NiMnGa Alaşım Hedefe Uygulanan güç (W) Alttaş Dönme Hızı (rpm) Alttaş sıcaklığı ( o C) Argon Akış Hızı (sccm) Kaplama Süresi (dk) 1 no lu Oda sıc no lu no lu Oda sıc no lu Oda sıc no lu Oda sıc no lu Oda sıc Çizelge grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin üretim parametreleri Basınç (mtorr) NiMnGa Alaşım Hedefe Uygulanan güç (W) Mn Hedefe Uygulanan Güç (W) Alttaş Dönme Hızı (rpm) Alttaş sıcaklığı ( o C) Argon Akış Hızı (sccm) Kaplama Süresi (dk) 7 no lu Oda sıc no lu Oda sıc

90 Ni-Mn-Ga ince filmlerinin yapısal özelliklerinin incelenmesi Elde edilen Ni-Mn-Ga ince filmlerinin kompozisyon(edx) analizleri taramalı elektron mikroskobu(sem) ile yapılmıştır. Ayrıca kompozisyon analizleri sırasında SEM görüntüleri elde edilmiştir. 1 no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon analizi; Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri 1.Bölge(at.%) 2.Bölge(at.%) Ortalama(at.%) Ni Mn Ga

91 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü 3 no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon analizi; Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri 1.Bölge(at.%) 2.Bölge(at.%) Ortalama(at.%) Ni , Mn Ga

92 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü 74

93 4 no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon analizi; Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri 1.Bölge(at.%) 2.Bölge(at.%) Ortalama(at.%) Ni Mn Ga Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu 75

94 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü 5 no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon analizi; Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu 76

95 Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri 1.Bölge(at.%) 2.Bölge(at.%) Ortalama(at.%) Ni Mn Ga Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü 6 no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon analizi; Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri 1.Bölge(at.%) 2.Bölge(at.%) Ortalama(at.%) Ni Mn Ga 33,

96 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü 78

97 1. grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin kompozisyon değerlendirilmesi; Çizelge grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin kompozisyon karşılaştırması 1 no lu (at.%) 3 no lu (at.%) 4 no lu (at.%) 5 no lu (at.%) 6 no lu (at.%) Hedef malzemesi (at.%) Ni Mn Ga Çizelge 4.19 da verilen kompozisyon değerlerine göre sıçratmanın yapıldığı ortam basıncı arttığında Nikel(Ni) ve Mangan(Mn) kompozisyon değerinin azaldığı, Galyum(Ga) kompozisyon değerinin ise arttığı gözlemlenmiştir. İstenilen kompozisyon değerine en yakın kompozisyona sahip olduğu için 1 no lu ince film incelemeye alınmıştır. Buna göre 1 no lu ince filmin e/a oranı Bölüm anlatıldığı şekilde hesaplanmıştır. e/a oranı 7.66 bulunmuştur. Literatürden (Jetta vd. 2012) alınan şekil 4.31 da gösterilen Ni-Mn-Ga ince filmlerinin e/a oranına göre Martensit başlama sıcaklığı (M s ) grafiğinden bu ince filmin M s sıcaklığının ne olacağı tahmin edilmiştir. Şekil 4.31 Ni-Mn-Ga ince filmlerinin e/a oranına göre M s grafiği (Jetta vd. 2012) 79

98 7 no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon analizi; Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri 1.Bölge(at.%) 2.Bölge(at.%) Ortalama(at.%) Ni Mn Ga

99 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü 8 no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon analizi; Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin EDX analizi spektrumu 81

100 Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kompozisyon değerleri 1.Bölge(at.%) 2.Bölge(at.%) Ortalama(at.%) Ni Mn Ga Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin SEM görüntüsü 2. grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin kompozisyon değerlendirmesi; Çizelge grup Ni-Mn-Ga ince filmlerinin kompozisyon karşılaştırması 7 no lu (at.%) 8 no lu (at.%) Hedef malzemesi (at.%) Ni Mn Ga

101 2. grup ince film üretiminde basınç sabit tutulup güç değiştirilmiş ve kompozisyondaki değişim gözlemlenmiştir. Çizelge 4.22 den de görüldüğü gibi uygulanan güç değerinin artmasıyla Nikel(Ni) kompozisyon değerinde büyük bir artış gözlemlenirken Mangan(Mn) kompozisyon değerinde ise büyük bir azalış gözlemlenmiştir. Ayrıca Galyum(Ga) kompozisyon değerinde diğerlerine göre küçük bir azalma meydana gelmiştir. Sonuç olarak uygulanan güç değişiminin Nikel ve Mangan kompozisyonları üzerindeki etkisinin büyük olduğu anlaşılmıştır. Diğer yandan, elde edilen kompozisyon değerleri istenilen değerlerden uzaktır. 1. grup ince filmlerinde Mangan(Mn) kompozisyonlarının az olması nedeniyle ek olarak Mn hedeften sıçratma yapılarak kompozisyon değerinin artırılması istenilmiş fakat istenilenden daha fazla bir artış meydana gelmiştir. Buna rağmen istenilen kompozisyona daha yakın olan 2 no lu ince filmin özellikleri incelenmiştir. 1 no lu ve 8 no lu ince filmlerinin kalınlık ölçümleri iğne temas tekniğini kullanan Dektak 150 Profilometresi ile yapılmıştır. İnce filmlerin 2 şer bölgesinden kalınlık ölçümü yapılarak filmlerin ortalama kalınlığı bulunmuştur. Her bir bölgenin kalınlıkları ve ortalama kalınlıklar çizelge 4.23 de verilmiştir. Ayrıca Dektak 150 profilometresi yazılımından elde edilmiş kalınlık ölçüm grafikleri şekil de verilmiştir. Çizelge 4.23 Ni-Mn-Ga İnce filmlerin kalınlık değerleri 1 no lu ince film (nm) 8 no lu ince film (nm) 1.Bölge Bölge Ortalama

102 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kalınlık ölçüm grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin kalınlık ölçüm grafiği 1 no lu, 2 no lu ve 8 no lu ince film yüzeylerinin yapısal özellikleri Atomik Kuvvet Mikroskobu ile incelenmiştir. İki ve üç boyutlu AKM görüntüleri şekil te gösterilmektedir. Ayrıca görüntülerin AKM yazılımından elde edilen pürüzlülük analizleri sonuçları çizelge da verilmiştir. 84

103 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin pürüzlülük analizi verileri Pürüzlülük verileri Maksimum Ortalama Pürüzlülük Ortalama karekök (KOK) nm 3.47 nm 5.03 nm 85

104 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin pürüzlülük analizi verileri Maksimum Ortalama Pürüzlülük Ortalama karekök (KOK) Pürüzlülük verileri nm 1.66 nm 2.18 nm 86

105 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu AKM görüntüsü Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin pürüzlülük analizi verileri Maksimum Ortalama Pürüzlülük Ortalama karekök (KOK) Pürüzlülük verileri nm 0.59 nm 0.81 nm Üretim parametreleri arasındaki tek fark alttaş sıcaklığı olan (1 no lu ince film oda sıcaklığında 2 no lu ince film 500 C de üretilmiştir.) 1 no lu ve 2 no lu ince filmlerin 87

106 AKM görüntüleri incelendiğinde alttaşın yüksek sıcaklıklara ısıtılması ile 1 no lu ince filmdeki dairesel tanecik yapılarının kaybolduğu ve 2 no lu ince filmin daha homojen bir şekilde oluştuğu görülmektedir. Ayrıca pürüzlülük analizi sonuçlarına göre alttaş sıcaklığının artması ile ortalama pürüzlülük değerinin 3.47 nm den 1.66 nm ye azaldığı gözlemlenmiştir. KOK değeri de aynı şekilde alttaş sıcaklığı ile 5.03 nm den 2.18 nm ye azalış göstermiştir. 8 no lu ince filmin ortalama pürüzlülüğü 0.59 nm ve KOK değeri 0.81 nm bulunmuştur. Pürüzlülüğünün diğer ince filmler ile karşılaştırıldığında oldukça az olduğu görülmektedir Ni-Mn-Ga ince filmlerinin manyetik özelliklerinin incelenmesi 1 no lu, 2 no lu ve 8 no lu ince film yüzeylerinin manyetik yapıları Manyetik Kuvvet Mikroskobu ile incelenmiştir. İki ve üç boyutlu MKM görüntüleri şekil da gösterilmiştir. Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu MKM görüntü (10 µm 10 µm) 88

107 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin MKM analizi verileri MKM verileri Maksimum 1.57 Minimum Ortalama 0.28 Kare Ortalama Kare (KOK) 0.35 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu MKM görüntüsü (10 µm 10 µm) 89

108 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin MKM analizi verileri MKM verileri Maksimum 1.65 Minimum Ortalama 0.33 Kare Ortalama Kare (KOK) 0.42 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin iki boyutlu MKM görüntüsü (10 µm 10 µm) 90

109 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin üç boyutlu MKM görüntüsü Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin MKM analizi verileri MKM verileri Maksimum 1.60 Minimum Ortalama 0.27 Kare Ortalama Kare (KOK) 0.34 MKM görüntülerinde mavi bölgeler çekici, kırmızı bölgelerde itici etkileşmeleri göstermektedir. Elde edilen MKM görüntülerinde itici ve çekici etkileşmeler açıkça görülmektedir. Ayrıca Nova yazılımından elde edilen MKM analizi sonuçlarına göre alttaş sıcaklığının artması ile ortalama faz değerinin den ye arttığı gözlemlenmiştir. KOK değeri de aynı şekilde alttaş sıcaklığı ile den ye artış göstermiştir. 8 no lu ince filmin ortalama faz değeri ve KOK değeri bulunmuştur. 1 no lu ince filmin yüksek manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümü Titreşimli Örnek Manyetometre (VSM) ile yapılmıştır. Bu ince filmin alan ısıtmalı(fh) ve alan soğutmalı (FC) sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümü 220K-495K sıcaklık aralığında yapılmıştır (Şekil 4.50). Bu sıcaklık aralığı ince film üzerinde yapılan ön ölçümler ile belirlenmiştir. 91

110 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Elde edilen sıcaklığa bağlı mıknatıslanma eğrisine göre Oe lik dış manyetik alan altında Curie sıcaklığı 377 K civarındadır. Mıknatıslanma eğrisinde de görüldüğü gibi 288K-490K sıcaklık aralığında FC ve FH eğrileri arasında küçük bir histerisis meydana gelmiştir. Bu histerisis, ince filmde oda sıcaklığı üstünde yapısal dönüşüm olabileceğini göstermektedir. 1 no lu ince filmin 500 o C alttaş sıcaklığı ile üretilmesiyle elde edilen 2 no lu ince filmin zayıf ve yüksek manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümleri yapılmıştır. Bu ince filmlerin alan ısıtmalı (FH) ve alan soğutmalı (FC) sıcaklığa bağlı olarak 164K-404K sıcaklık aralığında alınan mıknatıslanma eğrileri şekil te verilmiştir. Bu sıcaklık aralığı diğer ince filmlerde olduğu gibi ince fim üzerinde yapılan ön ölçümler ile belirlenmiştir. Ayrıca bu ince filmde uygulanan dış manyetik alanın manyetik özellikler üzerindeki etkisi incelenmiştir. 92

111 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin 500 Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin 2000 Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği 93

112 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin 5000 Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği 94

113 Çizelge no lu Ni-Mn-Ga ince filminin martensit başlangıç(m s ), martensit bitiş(m F ), austenit başlangıç(a S ), austenit bitiş(a F ) sıcaklıkları 2 no lu ince film M s (K) M F (K) A S (K) A F (K) 500 Oe Oe Oe Oe no lu ince filmin zayıf ve yüksek manyetik alan altında alınan sıcaklığa bağlı mıknatıslanma eğrileri incelendiğinde FC ve FH eğrileri arasında bir histerisis gözlemlenmiştir. Meydana gelen bu histeris ile bu ince filmin yapısal faz geçişi gösterdiği belirlenmiştir. Yapısal faz dönüşümü sıcaklıkları olan Martensit başlangıç(m s ), martensit bitiş(m F ), austenit başlangıç(a S ) ve austenit bitiş(a F ) sıcaklıkları çizelge 4.30 da verilmiştir. Ayrıca 500 Oe lik dış manyetik alan altında alınan mıknatıslanma ölçümünden elde edilen mıknatıslanmanın türevi grafiğinin minimum noktasından Curie sıcaklığının 274 K de olduğu bulunmuştur. 2 no lu ince film ile 1 no lu ince film karşılaştırıldığında, alttaş sıcaklığının artmasıyla birlikte Curie sıcaklığının oda sıcaklığı yakınlarına kaydığı, FC ve FH eğrileri arasındaki histerisisin genişlediği ve yapısal faz dönüşüm sıcaklıklarının düşük sıcaklıklarda meydana geldiği gözlemlenmiştir. Bu sonuç ile anlaşılmaktadır ki manyetik ince filmlerde, üretim sırasındaki alttaş sıcaklığının Curie ve yapısal dönüşüm sıcaklıkları üzerinde büyük bir etkisi vardır. Farklı manyetik alan altında alınan mıknatıslanma eğrilerine göre beklenildiği üzere alan attıkça mıknatıslanmada artış gözlemlenmiştir. Uygulanan dış manyetik alanın artmasıyla ΔM değerleri giderek azaldığı ve yapısal faz dönüşümünün meydana geldiği sıcaklık aralığındaki histerisisin giderek daraldığı görülmektedir. Ayrıca 2 No lu ince filmin atomik kuvvet mikroskobu görüntülerinde yapısal dönüşüm sıcaklıkları oda sıcaklığının altında olması nedeniyle herhangi bir martensit yapıya rastlanmamıştır. Bu da atomik kuvvet mikroskobu sonuçları ile mıknatıslanma ölçüm sonuçlarının birbiri ile uyumlu olduğunu göstermektedir. 95

114 8 no lu ince filmin alan ısıtmalı(fh) ve alan soğutmalı(fc) sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümü 183K-423K sıcaklık aralığında yapılmıştır (Şekil 4.55). Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin Oe manyetik alan altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Bu ince filmde 295K-390K sıcaklık aralığında bir histerisisin meydana geldiği gözlemlenmiştir. dm/dt-t grafiğinin minimum değerlerinden ince filmin alan soğutma yönünde Curie sıcaklığı 298 K ve alan ısıtma yönünde Curie sıcaklığı 318 K civarında bulunmuştur. Bulunan manyetik geçis sıcaklıkları arasında 20 K lik bir fark olduğu gözlemlenmektedir. Bu sonuçlar ile birlikte ince filmin bu sıcaklıklar arasında yapısal faz dönüşümü gösterdiği düşünülmektedir. 2 no lu Ni-Mn-Ga ince filminin manyetokalorik özelliklerini incelemek amacıyla manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümü T manyetik alan altında yapılmıştır. Mıknatıslanma eğrileri yapısal faz dönüşüm sıcaklıkları çevresinde alınmıştır. Alınan eğriler Şekil 4.56'da ayrıntılı olarak verilmektedir. 96

115 Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin dış manyetik alana bağlı mıknatıslanma grafiği Manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümünde mıknatıslanmanın en büyük değerinin 248 K sıcaklığında olduğu görülmektedir. Daha düşük sıcaklıklarda mıknatıslanma giderek azalmıştır. Manyetik alana bağlı mıknatıslanma eğrileri kullanılarak Maxwell eşitliği yardımı ile 1 T ve 1.8T lık manyetik alan değişiminde entropi değişimleri hesaplanmıştır. Manyetik entropi değişiminin eğrileri şekil 4.57 de verilmiştir. Şekil no lu Ni-Mn-Ga ince filminin entropi değişimi eğrileri 97

116 Yapısal faz dönüşümü bölgesinde 1.8 T lık dış manyetik alan değişimi sırasında en yüksek manyetik entropi değişimi 2.1 J/Kg.K bulunmuştur. Martensit bölge yakınlarında, manyetik entropi artı değerli çıkmıştır. Bu değerlerin artı değerli çıkması yapısal dönüşüm bölgesinde ters manyetokalorik etkinin meydana geldiğini göstermektedir. Daha yüksek sıcaklıklara çıkıldığında entropi değişimi değeri eksi değerli olmuştur. İnce film bu sıcaklıklarda normal manyetokalorik etki göstermiştir Ni-Co-Mn-Al ince filmleri Ni-Co-Mn-Al ince filmleri diğerlerinden farklı olarak Almanya daki Bielefeld Üniversitesi, Nano Fizik bölümünde bulunan Magnetron Sputtering sistemi kullanılarak üretilmiştir. İnce filmler, MgO alttaş üzerine ayrı ayrı Ni, Co, Mn, Al elementel hedefleri kullanılarak eş zamanlı sıçratma ile elde edilmiştir. İstenilen kompozisyona (Ni:39, Co:9, Mn:34, Al:18) sahip olan ince filmin elde edilebilmesi için her bir element için önceden belirlenen test verilerinden yararlanılarak Ni, Co, Mn ve Al hedeflerine uygulanacak olan gerilim, güç ve sıçratma süreleri teorik olarak hesaplanmıştır. Ayrıca istenilen özelliklerin elde edilmesi için gereken alttaş sıcaklığı ve alttaş dönme hızı parametreleri belirlenmiştir. Daha sonra bu hesaplanan değerler ile 200 nm kalınlığında ince film üretilmiş ve kompozisyon analizi yapılmıştır. Kompozisyon doğrulandıktan sonra bu kompozisyonda farklı kalınlıklarda (500nm ve 1000 nm) ince filmler üretilmiştir. Üretilen bu manyetik ince filmlerin üretim parametreleri çizelge 4.31 de verilmiştir. 98

117 Çizelge 4.31 Ni-Co-Mn-Al ince filmlerin üretim parametreleri Örnek İsmi 1 no lu 2 no lu 3 no lu ince film ince film ince film Kalınlık (nm) Hedef 1 Ni Ni Ni Hedef 1 için Güç (W) Hedef 1 için Gerilim (V) Hedef 2 Co Co Co Hedef 1 için Güç (W) Hedef 1 için Gerilim (V) Hedef 3 Mn Mn Mn Hedef 3 için Güç (W) Hedef 3 için Gerilim (V) Hedef 4 Al Al Al Hedef 4 için Güç (W) Hedef 4 için Gerilim (V) Sıçratma Süresi (dk) Alttaş Sıcaklık ( o C) Alttaşın Dönme Hızı (m/s) Ni-Co-Mn-Al ince filmlerinin yapısal özelliklerinin incelenmesi 1 no lu 200 nm kalınlığındaki Ni-Co-Mn-Al ince filminin kompozisyon analizi ve oda sıcaklığında yüzey incelemesi taramalı elektron mikroskobu ile yapılmıştır. Kompozisyon analizi verileri çizelge 4.32 de verilmiştir. Taramalı elektron mikroskobundan elde edilen SEM görüntüsü şekil 4.58 de gösterilmektedir. 99

118 Çizelge no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin kompozisyon analizi Element Atomik yüzde (at.%) Ni Co 9.26 Mn Al Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin SEM görüntüsü Farklı kalınlıklarda ( nm) elde edilmiş olan ince filmlerin yüzey özelliklerini daha iyi anlayabilmek amacıyla atomik kuvvet mikroskobu ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen AKM görüntüleri şekil de verilmiştir. 100

119 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) 101

120 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Bu görüntülere incelendiğinde tüm manyetik ince filmlerde mantensit faza ait olan ikizlenmeler gözlemlenmiştir. İkizlenmelerin başladığı düzlemleri ifade eden diğer düzlemlere göre resimlerde daha koyu bölgelerin daha keskin olduğu bulunmuştur. İnce filmlerin yüzey özellikleri atomik kuvvet mikroskobu dışında konfokal mikroskobunda da incelenmiştir. Konfokal ölçüm tekniğiyle Martensit varyantlarının üç boyutlu düzlemde örneğin yüzeyinde hangi tür dağılımlara sahip olduğu gözlemlenmiştir. 102

121 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü 103

122 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren üç boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü 104

123 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren üç boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü 105

124 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren iki boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü 106

125 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren üç boyutlu konfokal mikroskobu görüntüsü Elde edilen konfokal mikroskobu görüntülerinden martensit varyantlar açık olarak görülmektedir. 200 nm lik ince filmde bu yapılar daha küçükken kalınlık arttıkça bu yapıların büyüdüğü ve daha net olarak görüldüğü gözlemlenmiştir. İnce filmlerin bölgesel olarak yüksekliklerini gösteren konfokal mikroskobu görüntüleri (Şekil 4.63, 4.66, 4.69) incelendiğinde 200 nm kalınlığında olan 1 no lu ince filmde yükseklikler film yüzeyi koyunca homojen değildir. Kalınlık arttıkça bu yükseltiler daha homojen bir şekilde dağılmış filmin ortasında daha düşükken filmin uçlarına doğru daha yüksek değerlere ulaşmıştır. Ayrıca elde edilen konfokal mikroskobu atomik kuvvet mikroskobu görüntüleri ile karşılaştırıldığında her ikisinde de Martensit varyantlar kalınlığın artmasıyla büyümüştür. Bu sonuç konfokal mikroskobu ve AKM sonuçlarının birbiri ile uyumlu olduğunu göstermektedir Ni-Co-Mn-Al ince filmlerinin manyetik özelliklerinin incelenmesi 1 no lu 200 nm kalınlığında manyetik ince film için hem 100 Oe 'lık hemde 1000 Oe'lık dış manyetik alan altında sıcaklığın artış (FH) ve azalış (FC) yönlerinde sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümü alınmış ve alınan bu eğriler şekil 4.71 de verilmiştir. Buna ölçüme göre bulunan Curie sıcaklığı 410 K civarındadır. Ayrıca FC ve FH arasında meydana gelen histerisisten ince filmin yapısal faz dönüşümü gösterdiği anlaşılmaktadır. Yapısal dönüşüm sıcaklıkları çizelge 4.33 de görülmektedir 107

126 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin farklı manyetik alanlar altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği 1 no lu 200 nm kalınlığında elde edilen ince filmde olduğu gibi 2 no lu 500 nm kalınlığındaki ince filminin hem 100 Oe 'lık hemde 1000 Oe'lık dış manyetik alan altında ısıtma (FH) ve soğutma (FC) yönlerinde mıknatıslanma ölçümü alınmış ve alınan bu eğriler Şekil 4.72'de verilmiştir. Bu ince filmin Curie sıcaklığı 415 K civarında bulunmuştur. Yapısal faz dönüşümünün meydana geldiği oluşan histerisisten anlaşılmaktadır. Yapısal faz dönüşüm sıcaklıkları çizelge 4.33 de verilmiştir. Bu ince filmin Curie sıcaklığı 1 no lu 200 nm kalınlığındaki ince filmin Curie sıcaklığından daha yüksektir. Yapısal faz dönüşüm sıcaklıkları da aynı şekilde 1 no lu ince filmin sıcaklık değerlerinden daha yüksek bulunmuştur. Kalınlık artıkça Martensit fazın manyetokristal anizotropisi artmaktadır. Artan manyetokristal anizotropi ile birlikte, yapısal faz dönüşümü için gerekli olan dönüşüm enerjisi de artmaktadır. Böylece yapısal dönüşüm sıcaklıkları da yüksek sıcaklıklara kaymaktadır. 108

127 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin farklı manyetik alanlar altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği 3 no lu 1000 nm kalınlığındaki ince filminin de 100 Oe ve 1000 Oe manyetik alan altında ısıtma yönünde (FH) ve soğutma yönünde (FC) sıcaklığa bağlı mıknatıslanma ölçümleri alınmıştır. Elde edilen eğriler şekil 4.73 de verilmiştir. Bu ince filmde de yapısal faz dönüşümü meydana gelmiştir. İnce film kalınlığı 200 nm den 500 nm ye arttığında Curie sıcaklığı ve yapısal faz dönüşüm sıcaklıkları artmıştır. Bu aynı zamanda manyetokristal anizotropi arttığından dolayı beklenen bir sonuçtur. Fakat 3 no lu ince filmin mıknatıslanma ölçümü sonucu incelendiğinde yapısal faz dönüşüm sıcaklıklarının ve Curie sıcaklığının artmadığı aksine bir miktar azaldığı görülmektedir. Bunun nedeninin 1000 nm lik kalınlığın dönüşüm sıcaklıkları için doyum noktası olabileceği düşünülmektedir. Malygin, yaptığı çalışmada geçiş sıcaklıklarının manyetik ince filmin kalınlığıyla belirli bir yere kadar artacağını, daha sonrasında ise bu sıcaklıklar yakınlarında bazı dalgalanmalar gösterebileceğini söylemiş ve bunu kuramsal hesaplarıyla kanıtlamıştır. Sonuç olarak 3 no lu 1000 nm kalınlığındaki ince filmindeki olgunun bu kuramsal hesaplamayla birebir örtüştüğü görülmüştür. 109

128 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin farklı manyetik alanlar altında sıcaklığa bağlı mıknatıslanma grafiği Çizelge 4.33 Ni-Co-Mn-Al ince filmlerinin yapısal dönüşüm sıcaklıkları M s M F A S A F T c (K) (K) (K) (K) (K) 1 no luince film no luince film no luince film no lu 1000 nm kalınlığındaki ince filmin yapısal faz dönüşüm sıcaklıkları arasındaki fark diğer tüm ince filmlerden daha düşük olarak elde edilmiştir. Bu sonuç da yapısal faz geçişi sırasında elde edilebilecek olan manyetik entropi değişim değerinin en yüksek bu ince filmde olabileceğini göstermiştir. Bu nedenle bu ince filmin dış manyetik alana bağlı mıknatıslanma ölçümü T manyetik alan altında yapısal faz dönüşümü sıcaklıkları ve Curie sıcaklığı yakınlarında alınmıştır (Şekil 4.74). 110

129 Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin dış manyetik alana bağlı mıknatıslanma grafiği Manyetik alana bağlı mıknatıslanma eğrileri kullanılarak Maxwell bağıntısı ile 1 T ve 1.8 T lık manyetik alan değişiminde manyetik entropi değişim değerleri hesaplanmıştır. Hesaplanan manyetik entropi değişimi eğrileri şekil 4.75 de verilmiştir. Şekil no lu Ni-Co-Mn-Al ince filminin entropi değişimi eğrileri 111

130 1 T ve 1.8 T'lık dış manyetik alan değişimi sırasında yapısal faz dönüşümü bölgesinde elde edilen en büyük manyetik entropi değişimi 3.4 J/Kg.K dır. Martensit bölge yakınlarında, manyetik entropi artı değerli çıkmıştır. Bu değerlerin artı değerli çıkması geçişin ters manyetokalorik etki gösterdiğini vurgulamaktadır. Diğer yandan, Curie sıcaklığı yakınlarında ise bu manyetik entropi değişimi -1.6 J/Kg.K olarak bulunmuştur. Bu bölgede bulunan eksi değerler normal manyetokalorik etkinin gözlendiğini göstermektedir. 4.2 Çok Tabakalı İnce Filmler Daha önce üretilen Ni-Co-Mn-In ve Ni-Mn-Ga ince filmlerinin özelliklerinden yola çıkılarak bu ince filmlerden çok tabakalı ince filmler üretilmiştir. MgO alttaş üzerine ilk olarak Ni-Co-Mn-In sonrasında onun üzerine Ni-Mn-Ga olacak şekilde 4 tabakalı ve 8 tabakalı ince filmler elde edilmiştir. Elde edilen ince filmlerin üretim parametreleri çizelge 4.34 te verilmiştir. Çizelge 4.34 Çok tabakalı ince filmlerin üretim parametreleri Ni-Co-Mn-In tabakası için basınç (mtorr) Ni-Mn-Ga tabakası için basınç (mtorr) Ni-Co-Mn-In hedefe uygulanan güç (W) Ni-Mn-Ga hedefe uygulanan güç (W) Ni-Co-Mn-In tabakası için alttaş sıcaklığı ( o C) Ni-Mn-Ga tabakası için alttaş sıcaklığı ( o C) Ni-Co-Mn-In Kaplama Süresi (dk) Ni-Mn-Ga Kaplama Süresi (dk) 4 Tabakalı 8 Tabakalı Oda sıc. Oda sıc

131 4.2.1 Çok tabakalı ince filmlerin yapısal özelliklerinin incelenmesi Tabakalı ince filmlerin kalınlık ölçümleri tek katmanlı ince filmlerde olduğu gibi Dektak 150 profilometresi ile yapılmıştır. İnce filmlerin 2 şer bölgesinden kalınlık ölçümü yapılarak filmlerin ortalama kalınlığı bulunmuş ve her bölgenin kalınlıkları ve ortalama kalınlıklar çizelge 4.35 te verilmiştir. Ayrıca Dektak 150 profilometresi yazılımından elde edilmiş kalınlık ölçüm grafikleri şekil de verilmiştir. Şekil tabakalı ince film için kalınlık ölçüm grafiği Şekil tabakalı ince film için kalınlık ölçüm grafiği 113

132 Çizelge 4.35 Çok tabakalı ince filmlerin kalınlık ölçüm sonuçları 4 Tabakalı (nm) 8 Tabakalı (nm) 1.Bölge Bölge Ortalama Tek tabakalı ince filmlerin kalınlık ölçüm sonuçlarına göre çok tabakalı ince filmlerin kalınlığı üretimden önce tahmin edilmiştir. Bu kalınlık ölçüm sonuçları incelendiğinde elde edilen kalınlık değerlerinin daha önce tahmin edilen kalınlık değerlerinden bir miktar az olduğu görülür. Bunun nedeninin azda olsa tabakaların birbiri içine geçmiş olabileceği düşünülmektedir. 4 tabakalı ve 8 tabakalı ince filmlerin yüzeylerinin yapısal özellikleri atomik kuvvet mikroskobu ile incelenmiştir. Pürüzlülük analizleri Nova yazılımı ile yapılmış ve çizelge de verilmiştir. Şekil tabakalı ince filmin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) 114

133 Şekil tabakalı ince filmin üç boyutlu AKM görüntüsü Çizelge tabakalı ince filmin pürüzlülük analizi Pürüzlülük Verileri Maksimum Ortalama Pürüzlülük Ortalama Karekök (KOK) nm 1.94 nm 2.57 nm Şekil tabakalı ince filmin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) 115

134 Şekil tabakalı ince filmin üç boyutlu AKM görüntüsü Çizelge tabakalı ince filmin pürüzlülük analizi Pürüzlülük Verileri Maksimum Ortalama Pürüzlülük Ortalama Karekök (KOK) nm 6.54 nm 8.68 nm Her iki ince filmin pürüzlülük analizi sonuçları incelendiğinde 8 tabakalı ince filmin ortalama pürüzlülük ve KOK değerinin 4 tabakalı ince filme göre oldukça fazla olduğu görülmektedir Çok tabakalı ince filmin manyetik özelliklerinin incelenmesi 4 tabakalı ve 8 tabakalı ince filmlerin yüzeylerinin manyetik özellikleri manyetik kuvvet mikroskobu ile incelenmiştir. Nova yazılımından elde edilen MKM analizleri çizelge da verilmiştir. 116

135 Şekil tabakalı ince filmin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil tabakalı ince filmin iki üç boyutlu AKM görüntüsü Çizelge tabakalı ince filmin MKM analizi verileri MKM verileri Maksimum Minimum Ortalama Kare Ortalama Kare (KOK)

136 Şekil tabakalı ince filmin iki boyutlu AKM görüntüsü (10 µm 10 µm) Şekil tabakalı ince filmin üç boyutlu AKM görüntüsü Çizelge tabakalı ince filmin MKM analizi verileri MKM verileri Maksimum Minimum Ortalama Kare Ortalama Kare (KOK)

BÖLÜM 8 MALZEMENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ

BÖLÜM 8 MALZEMENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ BÖLÜM 8 MALZEMENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ İndüktörler, transformatörler, jeneratörler, elektrik motorları, trafolar, elektromıknatıslar, hoparlörler, kayıt cihazları gibi pek çok cihaz malzemenin manyetik

Detaylı

Magnetic Materials. 7. Ders: Ferromanyetizma. Numan Akdoğan.

Magnetic Materials. 7. Ders: Ferromanyetizma. Numan Akdoğan. Magnetic Materials 7. Ders: Ferromanyetizma Numan Akdoğan akdogan@gyte.edu.tr Gebze Institute of Technology Department of Physics Nanomagnetism and Spintronic Research Center (NASAM) Moleküler Alan Teorisinin

Detaylı

ÖZET. Fe-%30Ni-%XMo ALAŞIMLARINDA ATERMAL VE İZOTERMAL MARTENSİTİK FAZ DÖNÜŞÜMLERİNİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ.

ÖZET. Fe-%30Ni-%XMo ALAŞIMLARINDA ATERMAL VE İZOTERMAL MARTENSİTİK FAZ DÖNÜŞÜMLERİNİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ. ÖZET Fe-%30Ni-%XMo ALAŞIMLARINDA ATERMAL VE İZOTERMAL MARTENSİTİK FAZ DÖNÜŞÜMLERİNİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ YAŞAR, Erdem Kırıkkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Fizik Anabilim Dalı,

Detaylı

: Çeşitli Heusler Alaşımlarının Yapısal ve Manyetik Özelliklerinin İncelenmesi

: Çeşitli Heusler Alaşımlarının Yapısal ve Manyetik Özelliklerinin İncelenmesi ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOORDİNASYON BİRİMİ KOORDİNATÖRLÜĞÜNE Proje Türü Proje No Proje Yöneticisi Proje Başlığı : Hızlandırılmış Destek Projesi : 15H0443006 : Prof. Dr. Yalçın

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ FARKLI ISIL İŞLEM UYGULAMALARININ CoMn 1-x V x Ge ( 0

Detaylı

Manyetik Alan. Manyetik Akı. Manyetik Akı Yoğunluğu. Ferromanyetik Malzemeler. B-H eğrileri (Hysteresis)

Manyetik Alan. Manyetik Akı. Manyetik Akı Yoğunluğu. Ferromanyetik Malzemeler. B-H eğrileri (Hysteresis) Manyetik Alan Manyetik Akı Manyetik Akı Yoğunluğu Ferromanyetik Malzemeler B-H eğrileri (Hysteresis) Kaynak: SERWAY Bölüm 29 http://mmfdergi.ogu.edu.tr/mmfdrg/2006-1/3.pdf Manyetik Alan Manyetik Alan

Detaylı

ÖZET. Yüksek Lisans Tezi

ÖZET. Yüksek Lisans Tezi ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ CoMnGe 1-x Ga x SİSTEMLERİNİN 0 x 0.1 BİLEŞİKLERİ İÇİN YAPISAL, ISISAL, MANYETİK VE MANYETOKALORİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Gizem DURAK

Detaylı

EK-11 ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ KESİN RAPORU Proje Başlığı: Ferromanyetik Ni- ve Co- tabanlı Heusler Alaşımlarının Yapısal, Manyetokalorik, Isısal, Elektriksel ve Spintronik Özelliklerinin

Detaylı

Doç.Dr.Vildan BiLGiN. Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi - Fizik Bölümü

Doç.Dr.Vildan BiLGiN. Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi - Fizik Bölümü Doç.Dr.Vildan BiLGiN Çanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi - Fizik Bölümü vbilgin@comu.edu.tr İÇERİK; Moleküller ve Katılar, Katıların Bant Yapısı ve Elektriksel İletkenlik, Yarıiletkenler,

Detaylı

Magnetic Materials. 10. Ders: Ferimanyetizma. Numan Akdoğan.

Magnetic Materials. 10. Ders: Ferimanyetizma. Numan Akdoğan. Magnetic Materials 10. Ders: Ferimanyetizma Numan Akdoğan akdogan@gyte.edu.tr Gebze Institute of Technology Department of Physics Nanomagnetism and Spintronic Research Center (NASAM) Ferimanyetizma Ferimanyetik

Detaylı

NANOYAPIDAKİ Ni 50 Mn 34-x Cu x In 16 (x= 1.3, 1.5) HEUSLER ALAŞIMLARININ MANYETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

NANOYAPIDAKİ Ni 50 Mn 34-x Cu x In 16 (x= 1.3, 1.5) HEUSLER ALAŞIMLARININ MANYETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ NANOYAPIDAKİ Ni 50 Mn 34-x Cu x In 16 (x= 1.3, 1.5) HEUSLER ALAŞIMLARININ MANYETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ INVESTIGATION OF MAGNETIC PROPERTIES OF NANOSTRUCTURED Ni 50 Mn 34-x Cu x In 16 (x= 1.3, 1.5)

Detaylı

Magnetic Materials. 11. Ders: Manyetik Anizotropi. Numan Akdoğan.

Magnetic Materials. 11. Ders: Manyetik Anizotropi. Numan Akdoğan. Magnetic Materials 11. Ders: Manyetik Anizotropi Numan Akdoğan akdogan@gyte.edu.tr Gebze Institute of Technology Department of Physics Nanomagnetism and Spintronic Research Center (NASAM) Manyetik Anizotropi

Detaylı

Manyetik Malzemeler. Çalışma Soruları

Manyetik Malzemeler. Çalışma Soruları Manyetik Malzemeler Çalışma Soruları Yrd. Doç. Dr. Numan Akdoğan Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü Fizik Bölümü Nanomanyetizma ve Spintronik Araştırma Merkezi (NASAM) Bölüm 1 (Giriş) 1. a) Manyetik alan

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSİTÜSÜ DOKTORA TEZİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSİTÜSÜ DOKTORA TEZİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSİTÜSÜ DOKTORA TEZİ ÇOK TABAKALI İNCE FİLMLERİN YAPISAL, ELEKTRİKSEL, MANYETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ VE SPİNTRONİĞE UYGULANMASI ERCÜMENT YÜZÜAK FİZİK MÜHENDİSLİĞİ

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ NANO YAPILI MANYETİK ŞERİTLERİN VE TOZLARIN YAPISAL VE MANYETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Murat YAVUZ FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA

Detaylı

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Radyasyon (Işınım) Isı Transferi Deneyi Çalışma Notu

YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Radyasyon (Işınım) Isı Transferi Deneyi Çalışma Notu YTÜ Makine Mühendisliği Bölümü Termodinamik ve Isı Tekniği Anabilim Dalı Özel Laboratuvar Dersi Radyasyon (Işınım) Isı Transferi Deneyi Çalışma Notu Laboratuar Yeri: E1 Blok Termodinamik Laboratuvarı Laboratuar

Detaylı

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş FZM 220 Yapı Karakterizasyon Özellikler İşleme Performans Prof. Dr. İlker DİNÇER Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü 1 Atomsal Yapı ve Atomlararası Bağ1 Ders Hakkında FZM 220 Dersinin Amacı Bu dersin

Detaylı

Magnetic Materials. 6. Ders: Ferromanyetizma. Numan Akdoğan. akdogan@gyte.edu.tr

Magnetic Materials. 6. Ders: Ferromanyetizma. Numan Akdoğan. akdogan@gyte.edu.tr agnetic aterials 6. Ders: Ferromanyetizma Numan Akdoğan akdogan@gyte.edu.tr Gebze Institute of Technology Department of Physics Nanomagnetism and Spintronic Research Center (NASA) Ferromanyetik alzemelerin

Detaylı

1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları

1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları 1. Giriş 2. Yayınma Mekanizmaları 3. Kararlı Karasız Yayınma 4. Yayınmayı etkileyen faktörler 5. Yarı iletkenlerde yayınma 6. Diğer yayınma yolları Sol üstte yüzey seftleştirme işlemi uygulanmış bir çelik

Detaylı

T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI

T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANABİLİM DALI Nİ/CU ÇOK KATMANLI İNCE FİLMLERİN PÜSKÜRTME TEKNİĞİYLE ÜRETİLMESİ VE KARAKTERİZASYONU YÜKSEK LİSANS TEZİ SALİH ÇÖLMEKÇİ BALIKESİR,

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Gd 5 Si 2-y Ge 2-y Ga 2y ALAŞIMININ YAPISAL VE MANYETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Seda AKSOY FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI ANKARA 26 Her

Detaylı

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi

Bölüm 7 ENTROPİ. Bölüm 7: Entropi Bölüm 7 ENTROPİ 1 Amaçlar Termodinamiğin ikinci kanununu hal değişimlerine uygulamak. İkinci yasa verimini ölçmek için entropi olarak adlandırılan özelliği tanımlamak. Entropinin artış ilkesinin ne olduğunu

Detaylı

TERMODİNAMİĞİN TEMEL EŞİTLİKLERİ

TERMODİNAMİĞİN TEMEL EŞİTLİKLERİ Serbest İç Enerji (Helmholtz Enerjisi) Ve Serbest Entalpi (Gibbs Enerjisi) Fonksiyonları İç enerji ve entalpi fonksiyonları yalnızca termodinamiğin birinci yasasından tanımlanır. Entropi fonksiyonu yalnızca

Detaylı

İÇİNDEKİLER 1: KRİSTALLERDE ATOMLAR...

İÇİNDEKİLER 1: KRİSTALLERDE ATOMLAR... İÇİNDEKİLER Bölüm 1: KRİSTALLERDE ATOMLAR... 1 1.1 Katıhal... 1 1.1.1 Kristal Katılar... 1 1.1.2 Çoklu Kristal Katılar... 2 1.1.3 Kristal Olmayan (Amorf) Katılar... 2 1.2 Kristallerde Periyodiklik... 2

Detaylı

ÖZET Yüksek Lisans Tezi Gd 5 Si 2.05-x Ge 1.95-x Sb 2x SİSTEMİNİN 2x = 0, 0.01, 0.03, 0.05 ve 0.08 BİLEŞİKLERİ İÇİN YAPISAL VE MANYETOKALORİK ÖZELLİKL

ÖZET Yüksek Lisans Tezi Gd 5 Si 2.05-x Ge 1.95-x Sb 2x SİSTEMİNİN 2x = 0, 0.01, 0.03, 0.05 ve 0.08 BİLEŞİKLERİ İÇİN YAPISAL VE MANYETOKALORİK ÖZELLİKL ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Gd 5 Si 2.05-x Ge 1.95-x Sb 2x SİSTEMİNİN 2x=0, 0.01, 0.03, 0.05 ve 0.08 BİLEŞİKLERİ İÇİN YAPISAL VE MANYETOKALORİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Detaylı

ATOM BİLGİSİ Atom Modelleri

ATOM BİLGİSİ Atom Modelleri 1. Atom Modelleri BÖLÜM2 Maddenin atom adı verilen bir takım taneciklerden oluştuğu fikri çok eskiye dayanmaktadır. Ancak, bilimsel bir (deneye dayalı) atom modeli ilk defa Dalton tarafından ileri sürülmüştür.

Detaylı

FİZ4001 KATIHAL FİZİĞİ-I

FİZ4001 KATIHAL FİZİĞİ-I FİZ4001 KATIHAL FİZİĞİ-I Bölüm 3. Örgü Titreşimleri: Termal, Akustik ve Optik Özellikler Dr. Aytaç Gürhan GÖKÇE Katıhal Fiziği - I Dr. Aytaç Gürhan GÖKÇE 1 Bir Boyutlu İki Atomlu Örgü Titreşimleri M 2

Detaylı

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş FZM 220 Yapı Karakterizasyon Özellikler İşleme Performans Prof. Dr. İlker DİNÇER Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü 1 Ders Hakkında FZM 220 Dersinin Amacı Bu dersin amacı, fizik mühendisliği öğrencilerine,

Detaylı

Malzemelerin Deformasyonu

Malzemelerin Deformasyonu Malzemelerin Deformasyonu Malzemelerin deformasyonu Kristal, etkiyen kuvvete deformasyon ile cevap verir. Bir malzemeye yük uygulandığında malzeme üzerinde çeşitli yönlerde ve çeşitli şekillerde yükler

Detaylı

CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ

CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ CALLİSTER FAZ DÖNÜŞÜMLERİ Faz dönüşümlerinin çoğu ani olarak gerçekleşmediğinden, reaksiyon gelişiminin zamana bağlı, yani dönüşüm hızına bağlı olarak gelişen yapısal özelliklerini dikkate almak gerekir.

Detaylı

Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç

Akım ve Direnç. Bölüm 27. Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç Bölüm 27 Akım ve Direnç Elektrik Akımı Direnç ve Ohm Kanunu Direnç ve Sıcaklık Elektrik Enerjisi ve Güç Öğr. Gör. Dr. Mehmet Tarakçı http://kisi.deu.edu.tr/mehmet.tarakci/ Elektrik Akımı Elektrik yüklerinin

Detaylı

SCHRÖDİNGER: Elektronun yeri (yörüngesi ve orbitali) birer dalga fonksiyonu olan n, l, m l olarak ifade edilen kuantum sayıları ile belirlenir.

SCHRÖDİNGER: Elektronun yeri (yörüngesi ve orbitali) birer dalga fonksiyonu olan n, l, m l olarak ifade edilen kuantum sayıları ile belirlenir. . ATOMUN KUANTUM MODELİ SCHRÖDİNGER: Elektronun yeri (yörüngesi ve orbitali) birer dalga fonksiyonu olan n, l, m l olarak ifade edilen kuantum sayıları ile belirlenir. Orbital: Elektronların çekirdek etrafında

Detaylı

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0 ATOMİK YAPI Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0 Elektron Kütlesi 9,11x10-31 kg Proton Kütlesi Nötron Kütlesi 1,67x10-27 kg Bir kimyasal elementin atom numarası (Z) çekirdeğindeki

Detaylı

GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM

GENEL KİMYA. Yrd.Doç.Dr. Tuba YETİM GENEL KİMYA ATOMUN ELEKTRON YAPISI Bohr atom modelinde elektronun bulunduğu yer için yörünge tanımlaması kullanılırken, kuantum mekaniğinde bunun yerine orbital tanımlaması kullanılır. Orbital, elektronun

Detaylı

1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar

1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar 1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar TERMODİNAMİK VE ISI TRANSFERİ Isı: Sıcaklık farkının bir sonucu olarak bir sistemden diğerine transfer edilebilen bir enerji türüdür. Termodinamik: Bir sistem bir denge

Detaylı

ÖZET Yüksek Lisans Tezi Tb 5 Si -x Ge -x T x (T=Fe, Mn) ALAŞIMLARININ YAPISAL VE MANYETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Ercüment YÜZÜAK Ankara Üniversite

ÖZET Yüksek Lisans Tezi Tb 5 Si -x Ge -x T x (T=Fe, Mn) ALAŞIMLARININ YAPISAL VE MANYETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Ercüment YÜZÜAK Ankara Üniversite ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Tb 5 Si -x Ge -x T x (T=Fe, Mn) ALAŞIMLARININ YAPISAL VE MANYETİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Ercüment YÜZÜAK FİZİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI

Detaylı

Malzemeler elektrik yükünü iletebilme yeteneklerine göre 3 e ayrılırlar. İletkenler Yarı-iletkenler Yalıtkanlar

Malzemeler elektrik yükünü iletebilme yeteneklerine göre 3 e ayrılırlar. İletkenler Yarı-iletkenler Yalıtkanlar Malzemeler elektrik yükünü iletebilme yeteneklerine göre 3 e ayrılırlar. İletkenler Yarı-iletkenler Yalıtkanlar : iletkenlik katsayısı (S/m) Malzemelerin iletkenlikleri sıcaklık ve frekansla değişir. >>

Detaylı

BÖLÜM 19 KİMYASAL TERMODİNAMİK ENTROPİ VE SERBEST ENERJİ Öğrenme Hedefleri ve Anahtar Kavramlar: Kendiliğinden, tersinir, tersinmez ve izotermal

BÖLÜM 19 KİMYASAL TERMODİNAMİK ENTROPİ VE SERBEST ENERJİ Öğrenme Hedefleri ve Anahtar Kavramlar: Kendiliğinden, tersinir, tersinmez ve izotermal BÖLÜM 19 KİMYASAL TERMODİNAMİK ENTROPİ VE SERBEST ENERJİ Öğrenme Hedefleri ve Anahtar Kavramlar: Kendiliğinden, tersinir, tersinmez ve izotermal tepkime kavramlarının anlaşılması Termodinamiğin II. yasasının

Detaylı

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU

ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU ÇİNKO KATKILI ANTİBAKTERİYEL ÖZELLİKTE HİDROKSİAPATİT ÜRETİMİ VE KARAKTERİZASYONU SÜLEYMAN ÇINAR ÇAĞAN MERSİN ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANA BİLİM DALI YÜKSEK LİSANS TEZİ

Detaylı

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri Faz Diyagramları Dr. Ersin Emre Ören Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Ankara

Detaylı

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0

ATOMİK YAPI. Elektron Yükü=-1,60x10-19 C Proton Yükü=+1,60x10-19 C Nötron Yükü=0 ATOMİK YAPI Atom, birkaç türü birleştiğinde çeşitli molekülleri, bir tek türü ise bir kimyasal öğeyi oluşturan parçacıktır. Atom, elementlerin özelliklerini taşıyan en küçük yapı birimi olup çekirdekteki

Detaylı

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş FZM 220 Yapı Karakterizasyon Özellikler İşleme Performans Prof. Dr. İlker DİNÇER Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü 1 Ders Hakkında FZM 220 Dersinin Amacı Bu dersin amacı, fizik mühendisliği öğrencilerine,

Detaylı

Gaz. Gaz. Yoğuşma. Gizli Buharlaşma Isısı. Potansiyel Enerji. Sıvı. Sıvı. Kristalleşme. Gizli Ergime Isısı. Katı. Katı. Sıcaklık. Atomlar Arası Mesafe

Gaz. Gaz. Yoğuşma. Gizli Buharlaşma Isısı. Potansiyel Enerji. Sıvı. Sıvı. Kristalleşme. Gizli Ergime Isısı. Katı. Katı. Sıcaklık. Atomlar Arası Mesafe İmal Usulleri DÖKÜM Katılaşma Döküm yoluyla üretimde metal malzemelerin kullanım özellikleri, katılaşma aşamasında oluşan iç yap ile belirlenir. Dolaysıyla malzeme özelliklerinin kontrol edilebilmesi

Detaylı

Manyetik Özellikler. Manyetik momentin okla gösterimi

Manyetik Özellikler. Manyetik momentin okla gösterimi Manyetik Özellikler Manyetik momentin okla gösterimi TARİHÇE Mt. Olympus Troy Greece Magnesia, Manisa Turkey The Stone from Magnesia - Magnetite Magnetite (or lodestone): opaque, black, ceramic crystal.

Detaylı

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2

T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2 T. C. GÜMÜŞHANE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK VE DOĞA BİLİMLERİ FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ DENEYLER 2 DOĞAL VE ZORLANMIŞ TAŞINIMLA ISI TRANSFERİ DENEYİ ÖĞRENCİ NO: ADI SOYADI:

Detaylı

METALLERDE KATILAŞMA HOŞGELDİNİZ

METALLERDE KATILAŞMA HOŞGELDİNİZ METALLERDE KATILAŞMA Malzeme Malzeme Bilgisi Bilgisi PROF. DR. HÜSEYİN UZUN HOŞGELDİNİZ 1 /94 METALLERDE KATILAŞMA Metal ve alaşımlar, belirli bir sıcaklıktan sonra (ergime sıcaklığı) katı halden sıvı

Detaylı

ΔH bir sistem ile çevresi arasındaki ısı transferiyle alakalı. Bir reaksiyonun ΔH ını hesaplayabiliyoruz. Hess yasası,

ΔH bir sistem ile çevresi arasındaki ısı transferiyle alakalı. Bir reaksiyonun ΔH ını hesaplayabiliyoruz. Hess yasası, TERMOKİMYA Termodinamiğin 1. kuralı, iç enerjinin (U) nasıl değiştiğiyle alakalı U U çevre U evren ΔU değişimleri ΔH ile alakalı U PV H ΔH bir ile çevresi arasındaki ısı transferiyle alakalı (@ sabit P)

Detaylı

1. ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ

1. ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ . ÜNİTE: MODERN ATOM TEORİSİ.4. Elektron Dizilimi ve Periyodik Sisteme Yerleşim Atomun Kuantum Modeli oluşturulduktan sonra Bohr, yaptığı çalışmalarda periyodik cetvel ile kuantum teorisi arasında bir

Detaylı

1,3-bis-(p-iminobenzoik asit)indan Langmuir-Blodgett filmlerinin karakterizasyonu ve organik buhar duyarlılığı

1,3-bis-(p-iminobenzoik asit)indan Langmuir-Blodgett filmlerinin karakterizasyonu ve organik buhar duyarlılığı 1,3-bis-(p-iminobenzoik asit)indan Langmuir-Blodgett filmlerinin karakterizasyonu ve organik buhar duyarlılığı MURAT EVYAPAN *, RİFAT ÇAPAN *, HİLMİ NAMLI **, ONUR TURHAN **,GEORGE STANCİU *** * Balıkesir

Detaylı

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1

KİNETİK GAZ KURAMI. Doç. Dr. Faruk GÖKMEŞE Kimya Bölümü Hitit Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi 1 Kinetik Gaz Kuramından Gazların Isınma Isılarının Bulunması Sabit hacimdeki ısınma ısısı (C v ): Sabit hacimde bulunan bir mol gazın sıcaklığını 1K değiştirmek için gerekli ısı alışverişi. Sabit basınçtaki

Detaylı

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş

FZM 220. Malzeme Bilimine Giriş FZM 220 Yapı Karakterizasyon Özellikler İşleme Performans Prof. Dr. İlker DİNÇER Fakültesi, Fizik Mühendisliği Bölümü 1 Ders Hakkında FZM 220 Dersinin Amacı Bu dersin amacı, fizik mühendisliği öğrencilerine,

Detaylı

Magnetic Materials. 8. Ders: Ferromanyetizma. Numan Akdoğan.

Magnetic Materials. 8. Ders: Ferromanyetizma. Numan Akdoğan. Magnetic Materials 8. Ders: Ferromanyetizma Numan Akdoğan akdogan@gyte.edu.tr Gebze Institute of Technology Deartment of Physics Nanomagnetism and Sintronic Research Center (NASAM) Değiş-tokuş (Exchange)

Detaylı

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri

MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri K O C A E L İ ÜNİVERSİTESİ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü MMT407 Plastik Şekillendirme Yöntemleri 3 Şekillendirmenin Metalurjik Esasları Yrd. Doç. Dr. Ersoy Erişir 2012-2013 Güz Yarıyılı 3. Şekillendirmenin

Detaylı

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK. Mikrokopik Teori ve Makroskopik Ölçümler I. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, Fizik Bölümü 2017

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK. Mikrokopik Teori ve Makroskopik Ölçümler I. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, Fizik Bölümü 2017 FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK Mikrokopik Teori ve Makroskopik Ölçümler I Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, Fizik Bölümü 2017 Mutlak Sıcaklık Bir sistemin mutlak sıcaklığını belirlemek için İdeal gazın

Detaylı

İstatistiksel Mekanik I

İstatistiksel Mekanik I MIT Açık Ders Malzemeleri http://ocw.mit.edu 8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği 2007 Güz Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Şartları hakkında bilgi almak için

Detaylı

Faz ( denge) diyagramları

Faz ( denge) diyagramları Faz ( denge) diyagramları İki elementin birbirleriyle karıştırılması sonucunda, toplam iç enerji mimimum olacak şekilde yeni atom düzenleri meydana gelir. Fazlar, İç enerjinin minimum olmasını sağlayacak

Detaylı

KRİSTAL KAFES SİSTEMLERİ

KRİSTAL KAFES SİSTEMLERİ KRİSTAL KAFES SİSTEMLERİ Doç. Dr. Ramazan YILMAZ Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Esentepe Kampüsü, 54187, SAKARYA 1 Giriş 2 Kristal Yapısı ve Birim Hücreler

Detaylı

Paslanmaz Çelik Gövde. Yalıtım Sargısı. Katalizör Yüzey Tabakası. Egzoz Emisyonları: Su Karbondioksit Azot

Paslanmaz Çelik Gövde. Yalıtım Sargısı. Katalizör Yüzey Tabakası. Egzoz Emisyonları: Su Karbondioksit Azot Paslanmaz Çelik Gövde Yalıtım Sargısı Egzoz Emisyonları: Su Karbondioksit Azot Katalizör Yüzey Tabakası Egzoz Gazları: Hidrokarbonlar Karbon Monoksit Azot Oksitleri Bu bölüme kadar, açıkça ifade edilmese

Detaylı

Mobile Batman Üniversitesi Batı Raman Kampüsü Fen Edebiyat Fakültesi Arkeoloji Bölümü Batman

Mobile Batman Üniversitesi Batı Raman Kampüsü Fen Edebiyat Fakültesi Arkeoloji Bölümü Batman Sorumlu Öğretim Üyesi Yrd.Doç.Dr. Mahmut AYDIN İletişim:aydinm135@gmail.com, Mobile.05357236743 Batman Üniversitesi Batı Raman Kampüsü Fen Edebiyat Fakültesi Arkeoloji Bölümü Batman Taşınabilir Enerji

Detaylı

SİLİSYUM ESASLI İNTERMETALİK BİLEŞİKLER

SİLİSYUM ESASLI İNTERMETALİK BİLEŞİKLER SİLİSYUM ESASLI İNTERMETALİK BİLEŞİKLER İntermetalikler içerisinde silisyum içeriğine sahip olan ileri teknoloji malzemeleri Silisitler olarak adlandırılmaktadır. Silisitler, yüksek sıcaklıklarda yüksek

Detaylı

T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANA BİLİM DALI

T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANA BİLİM DALI T.C. BALIKESİR ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ FİZİK ANA BİLİM DALI FeCl/Cu SÜPERÖRGÜLERİN DC PÜSKÜRTME METODUYLA HAZIRLANMASI, MANYETİK ve YAPISAL ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ YÜKSEK LİSANS TEZİ MESUT

Detaylı

TERMODİNAMİĞİN ÜÇÜNCÜ YASASI

TERMODİNAMİĞİN ÜÇÜNCÜ YASASI Termodinamiğin Üçüncü Yasası: Mutlak Entropi Yalnızca entropi değişiminin hesaplanmasında kullanılan termodinamiğin ikinci yasasının ds = q tr /T şeklindeki matematiksel tanımından entropinin mutlak değerine

Detaylı

İNSTAGRAM:kimyaci_glcn_hoca

İNSTAGRAM:kimyaci_glcn_hoca MODERN ATOM TEORİSİ ATOMUN KUANTUM MODELİ Bohr atom modeli 1 H, 2 He +, 3Li 2+ vb. gibi tek elektronlu atom ve iyonların çizgi spektrumlarını başarıyla açıklamıştır.ancak çok elektronlu atomların çizgi

Detaylı

Bölüm 4: X-IŞINLARI DİFRAKSİYONU İLE KANTİTATİF ANALİZ

Bölüm 4: X-IŞINLARI DİFRAKSİYONU İLE KANTİTATİF ANALİZ Malzeme Karakterizasyonu Bölüm 4: X-IŞINLARI DİFRAKSİYONU İLE KANTİTATİF ANALİZ X-IŞINLARI DİFRAKSİYONU (XRD) İLE TEK FAZLI* NUMUNEDE KANTİTAF ANALİZ Kafes parametresinin ölçümü ile kimyasal analiz: Tek

Detaylı

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş Kompozit Malzemeler ve Mekaniği Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş Bölüm 2 Laminanın Makromekanik Analizi Kaynak: Kompozit Malzeme Mekaniği, Autar K. Kaw, Çevirenler: B. Okutan Baba, R. Karakuzu. 2 Laminanın Makromekanik

Detaylı

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK VE TERMODİNAMİK. Mikrokopik Teori ve Makroskopik Ölçümler I. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, FizikBölümü 2017

FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK VE TERMODİNAMİK. Mikrokopik Teori ve Makroskopik Ölçümler I. Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, FizikBölümü 2017 FİZ304 İSTATİSTİK FİZİK VE TERMODİNAMİK Mikrokopik Teori ve Makroskopik Ölçümler I Prof.Dr. Orhan ÇAKIR Ankara Üniversitesi, FizikBölümü 2017 Mutlak Sıcaklık Bir sistemin mutlak sıcaklığını belirlemek

Detaylı

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1

BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK. Atom yapısı. Bağ tipleri. Chapter 2-1 BÖLÜM 2 ATOMİK YAPI İÇERİK Atom yapısı Bağ tipleri 1 Atomların Yapıları Atomlar başlıca üç temel atom altı parçacıktan oluşur; Protonlar (+ yüklü) Nötronlar (yüksüz) Elektronlar (-yüklü) Basit bir atom

Detaylı

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ

ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN İLİMLERİ ENSTİTÜSÜ DOKTORA TEZİ La 1-x R x Mn Si (R=Pr,Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Er, Ho, Ce) ALAŞIMLARININ HACİMSEL (ULK), ŞERİT VE NANO YAPILARININ, KRİSTAL YAPILARININ, MANYETİK, DİRENÇ,

Detaylı

Faz Dönüşümleri ve Faz (Denge) Diyagramları

Faz Dönüşümleri ve Faz (Denge) Diyagramları Faz Dönüşümleri ve Faz (Denge) Diyagramları 1. Giriş Bir cisim bağ kuvvetleri etkisi altında en düşük enerjili denge konumunda bulunan atomlar grubundan oluşur. Koşullar değişirse enerji içeriği değişir,

Detaylı

Bölüm 8: Atomun Elektron Yapısı

Bölüm 8: Atomun Elektron Yapısı Bölüm 8: Atomun Elektron Yapısı 1. Elektromanyetik Işıma: Elektrik ve manyetik alanın dalgalar şeklinde taşınmasıdır. Her dalganın frekansı ve dalga boyu vardır. Dalga boyu (ʎ) : İki dalga tepeciği arasındaki

Detaylı

Paylaşılan elektron ya da elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklar, iki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu

Paylaşılan elektron ya da elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklar, iki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu 4.Kimyasal Bağlar Kimyasal Bağlar Aynı ya da farklı cins atomları bir arada tutan kuvvetlere kimyasal bağlar denir. Pek çok madde farklı element atomlarının birleşmesiyle meydana gelmiştir. İyonik bağ

Detaylı

İstatistiksel Mekanik I

İstatistiksel Mekanik I MIT Açık Ders Malzemeleri http://ocw.mit.edu 8.333 İstatistiksel Mekanik I: Parçacıkların İstatistiksel Mekaniği 2007 Güz Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Şartları hakkında bilgi almak için

Detaylı

MALZEME BİLGİSİ. Kristal Yapılar ve Kristal Geometrisi

MALZEME BİLGİSİ. Kristal Yapılar ve Kristal Geometrisi MALZEME BİLGİSİ Dr.- Ing. Rahmi ÜNAL Konu: Kristal Yapılar ve Kristal Geometrisi 1 KRİSTAL YAPILAR Malzemelerin iç yapısı atomların diziliş biçimine bağlıdır. Kristal yapı Kristal yapılarda atomlar düzenli

Detaylı

Faz dönüşümleri: mikroyapı oluşumu, faz dönüşüm kinetiği

Faz dönüşümleri: mikroyapı oluşumu, faz dönüşüm kinetiği Faz dönüşümleri: mikroyapı oluşumu, faz dönüşüm kinetiği Faz dönüşümleri 1. Basit ve yayınma esaslı dönüşümler: Faz sayısını ve fazların kimyasal bileşimini değiştirmeyen basit ve yayınma esaslı ölçümler.

Detaylı

MALZEMELERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ

MALZEMELERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ MALZEMELERİN FİZİKSEL ÖZELLİKLERİ (Ders Notu) Manyetik Özellikler Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR MANYETİK ÖZELLİK Giriş Bazı malzemelerde mevcut manyetik kutup çiftleri, elektriksel kutuplara benzer şekilde, çevredeki

Detaylı

KATILARIN ATOMİK DÜZENİ KRİSTAL YAPILAR

KATILARIN ATOMİK DÜZENİ KRİSTAL YAPILAR KATILARIN ATOMİK DÜZENİ KRİSTAL YAPILAR KRİSTAL YAPILAR Mühendislik açısından önemli olan katı malzemelerin fiziksel özelikleri; katı malzemeleri meydana getiren atom, iyon veya moleküllerin dizilişine

Detaylı

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ

ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ Prof. Dr. Ramazan YILMAZ Sakarya Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü Esentepe Kampüsü, 54187, SAKARYA ÇÖKELME SERTLEŞTİRMESİ (Yaşlandırma

Detaylı

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI)

MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI) MALZEME BİLİMİ (DERS NOTLARI) Bölüm 4. Malzemelerde Atom ve İyon Hareketleri Doç.Dr. Özkan ÖZDEMİR Doç. Dr. Özkan ÖZDEMİR Hedefler Malzemelerde difüzyon uygulamalarını ve prensipleri incelemek. Difüzyonun

Detaylı

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ

ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ ALETLİ ANALİZ YÖNTEMLERİ Nükleer Manyetik Rezonans (NMR) Spektroskopisi Yrd. Doç. Dr. Gökçe MEREY GİRİŞ NMR organik bilesiklerin yapılarının belirlenmesinde kullanılan en güçlü tekniktir. Çok çesitli çekirdeklerin

Detaylı

Sıcaklık (Temperature):

Sıcaklık (Temperature): Sıcaklık (Temperature): Sıcaklık tanım olarak bir maddenin yapısındaki molekül veya atomların ortalama kinetik enerjilerinin ölçüm değeridir. Sıcaklık t veya T ile gösterilir. Termometre kullanılarak ölçülür.

Detaylı

PLASTİK ŞEKİL VERMEDE METALURJİK ESASLAR

PLASTİK ŞEKİL VERMEDE METALURJİK ESASLAR PLASTİK ŞEKİL VERMEDE METALURJİK ESASLAR METALLERİN KRİSTAL YAPISI Metallerde en sık rastlanan üç çeşit kristal kafes yapısı : Kayma Düzlemleri Metaller, ya kocaman tek kristalden ya da çok taneli çok

Detaylı

MALZEME BİLİMİ. Difüzyon

MALZEME BİLİMİ. Difüzyon MALZEME BİLİMİ Difüzyon Difüzyon D E R S N O T U Difüzyon; ısıl etkenlerle teşvik edilen atomsal mertebedeki parçacıkların (atom, iyon, küçük moleküller) kafes parametresinden daha büyük (ve tam katları

Detaylı

MALZEME BİLGİSİ. Katı Eriyikler

MALZEME BİLGİSİ. Katı Eriyikler MALZEME BİLGİSİ Dr.- Ing. Rahmi ÜNAL Konu: Katı Eriyikler 1 Giriş Endüstriyel metaller çoğunlukla birden fazla tür eleman içerirler, çok azı arı halde kullanılır. Arı metallerin yüksek iletkenlik, korozyona

Detaylı

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri

BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri BMM 205 Malzeme Biliminin Temelleri Atom Yapısı ve Atomlar Arası Bağlar Dr. Ersin Emre Ören Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji

Detaylı

MMM291 MALZEME BİLİMİ

MMM291 MALZEME BİLİMİ MMM291 MALZEME BİLİMİ Ofis Saatleri: Perşembe 14:00 16:00 ayse.kalemtas@btu.edu.tr, akalemtas@gmail.com Bursa Teknik Üniversitesi, Doğa Bilimleri, Mimarlık ve Mühendislik Fakültesi, Metalurji ve Malzeme

Detaylı

MIT Açık Ders Malzemeleri http://ocw.mit.edu. 5.62 Fizikokimya II 2008 Bahar

MIT Açık Ders Malzemeleri http://ocw.mit.edu. 5.62 Fizikokimya II 2008 Bahar MIT Açık Ders Malzemeleri http://ocw.mit.edu 5.62 Fizikokimya II 2008 Bahar Bu materyallerden alıntı yapmak veya Kullanım Şartları hakkında bilgi almak için http://ocw.mit.edu/terms ve http://tuba.acikders.org.tr

Detaylı

Kasetin arka yüzeyi filmin yerleştirildiği kapaktır. Bu kapakların farklı farklı kapanma mekanizmaları vardır. Bu taraf ön yüzeyin tersine atom

Kasetin arka yüzeyi filmin yerleştirildiği kapaktır. Bu kapakların farklı farklı kapanma mekanizmaları vardır. Bu taraf ön yüzeyin tersine atom KASET Röntgen filmi kasetleri; radyografi işlemi sırasında filmin ışık almasını önleyen ve ranforsatör-film temasını sağlayan metal kutulardır. Özel kilitli kapakları vardır. Kasetin röntgen tüpüne bakan

Detaylı

FİZK Ders 8 MANYETIK ALAN. Dr. Ali ÖVGÜN. DAÜ Fizik Bölümü.

FİZK Ders 8 MANYETIK ALAN. Dr. Ali ÖVGÜN. DAÜ Fizik Bölümü. FİZK 104-202 Ders 8 MANYETIK ALAN Dr. Ali ÖVGÜN DAÜ Fizik Bölümü Kaynaklar: -Fizik 2. Cilt (SERWAY) -Fiziğin Temelleri 2.Kitap (HALLIDAY & RESNIK) -Üniversite Fiziği (Cilt 2) (SEARS ve ZEMANSKY) http://fizk104.aovgun.com

Detaylı

Malzemeler yapılarının içerisinde, belli oranlarda farklı atomları çözebilirler. Bu durum katı çözeltiler olarak adlandırılır.

Malzemeler yapılarının içerisinde, belli oranlarda farklı atomları çözebilirler. Bu durum katı çözeltiler olarak adlandırılır. KATI ÇÖZELTİ Malzemeler yapılarının içerisinde, belli oranlarda farklı atomları çözebilirler. Bu durum katı çözeltiler olarak adlandırılır. Katı çözeltilerin diğer bir ismi katı eriyiktir. Bir çözelti

Detaylı

TARAMA ELEKTRON MİKROSKOBU SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM)

TARAMA ELEKTRON MİKROSKOBU SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM) GAZİ ÜNİVERSİTESİ TEKNOLOJİ FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ MEM-317 MALZEME KARAKTERİZASYONU TARAMA ELEKTRON MİKROSKOBU SCANNING ELECTRON MICROSCOPE (SEM) Yrd. Doç. Dr. Volkan KILIÇLI Arş.

Detaylı

1. Amaç Kristallerin üç boyutlu yapısı incelenecektir. Ön bilgi için İnorganik Kimya, Miessler ve Tarr, Bölüm 7 okunmalıdır.

1. Amaç Kristallerin üç boyutlu yapısı incelenecektir. Ön bilgi için İnorganik Kimya, Miessler ve Tarr, Bölüm 7 okunmalıdır. 14 DENEY KATI HAL 1. Amaç Kristallerin üç boyutlu yapısı incelenecektir. Ön bilgi için İnorganik Kimya, Miessler ve Tarr, Bölüm 7 okunmalıdır. 2. Giriş Atomlar arası (veya moleküller arası) çekim kuvvetleri

Detaylı

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ

FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ HOŞGELDİNİZ FAZ DİYAGRAMLARI ve DÖNÜŞÜMLERİ Malzeme Malzeme Bilgisi Bilgisi PROF. DR. HÜSEYİN UZUN HOŞGELDİNİZ Prof. Dr. Hüseyin UZUN-Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü 1 /94 İkili Faz Diyagramından Hangi Bilgiler

Detaylı

Nanomalzemelerin Karakterizasyonu. Yapısal Karakterizasyon Kimyasal Karakterizasyon

Nanomalzemelerin Karakterizasyonu. Yapısal Karakterizasyon Kimyasal Karakterizasyon Nanomalzemelerin Karakterizasyonu Yapısal Karakterizasyon Kimyasal Karakterizasyon 1 Nanomalzemlerin Yapısal Karakterizasyonu X ışını difraksiyonu (XRD) Çeşitli elektronik mikroskoplar(sem, TEM) Atomik

Detaylı

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin

Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin Bir katı malzeme ısıtıldığında, sıcaklığının artması, malzemenin bir miktar ısı enerjisini absorbe ettiğini gösterir. Isı kapasitesi, bir malzemenin dış ortamdan ısı absorblama kabiliyetinin bir göstergesi

Detaylı

MMM291 MALZEME BİLİMİ

MMM291 MALZEME BİLİMİ MMM291 MALZEME BİLİMİ Yrd. Doç. Dr. Ayşe KALEMTAŞ Ofis Saatleri: Perşembe 14:00 16:00 ayse.kalemtas@btu.edu.tr, akalemtas@gmail.com Bursa Teknik Üniversitesi, Doğa Bilimleri, Mimarlık ve Mühendislik Fakültesi,

Detaylı

KRİSTAL YAPISI VE KRİSTAL SİSTEMLERİ

KRİSTAL YAPISI VE KRİSTAL SİSTEMLERİ KRİSTAL YAPISI VE KRİSTAL SİSTEMLERİ Kristal Yapı: Atomların, üç boyutlu uzayda düzenli (kendini tekrar eden) bir şekilde dizilmesiyle oluşan yapıya kristal yapı denir. Bir kristal yapı birim hücresiyle

Detaylı

KİM-117 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü

KİM-117 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü KİM-117 TEMEL KİMYA Prof. Dr. Zeliha HAYVALI Ankara Üniversitesi Kimya Bölümü Bu slaytlarda anlatılanlar sadece özet olup ayrıntılı bilgiler ve örnek çözümleri derste verilecektir. BÖLÜM 4 PERİYODİK SİSTEM

Detaylı

BA KENT ÜNİVERSİTESİ. Malzemeler genel olarak 4 ana sınıfa ayrılabilirler: 1. Metaller, 2. Seramikler, 3. Polimerler 4. Kompozitler.

BA KENT ÜNİVERSİTESİ. Malzemeler genel olarak 4 ana sınıfa ayrılabilirler: 1. Metaller, 2. Seramikler, 3. Polimerler 4. Kompozitler. MALZEMELER VE GERĐLMELER Malzeme Bilimi mühendisliğin temel ve en önemli konularından birisidir. Malzeme teknolojisindeki gelişim tüm mühendislik dallarını doğrudan veya dolaylı olarak etkilemektedir.

Detaylı

ÖZET OTOMATİK KÖKLENDİRME SİSTEMİNDE ORTAM NEMİNİN SENSÖRLERLE HASSAS KONTROLÜ. Murat ÇAĞLAR

ÖZET OTOMATİK KÖKLENDİRME SİSTEMİNDE ORTAM NEMİNİN SENSÖRLERLE HASSAS KONTROLÜ. Murat ÇAĞLAR vii ÖZET OTOMATİK KÖKLENDİRME SİSTEMİNDE ORTAM NEMİNİN SENSÖRLERLE HASSAS KONTROLÜ Murat ÇAĞLAR Yüksek Lisans Tezi, Tarım Makinaları Anabilim Dalı Tez Danışmanı: Doç. Dr. Saadettin YILDIRIM 2014, 65 sayfa

Detaylı

ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ

ÇÖKELME SERTLEŞMESİ (YAŞLANMA) DENEYİ 1. DENEYİN AMACI: Alüminyum alaşımlarında çökelme sertleşmesinin (yaşlanma) mekanik özelliklere etkisinin incelenmesi ve sertleşme mekanizmasının öğrenilmesi. 2. TEORİK BİLGİ Çökelme sertleşmesi terimi,

Detaylı