Akademik Veri Yönetim Sistemi
AKDENİZ M. V. (Yürütücü)
TÜBİTAK Uluslararası İkili İşbirliği Projesi, 2010 - 2013
Nanoalaşımların yakın geçmişte mühendislik uygulamalarına entegre
edilmesi itibariyle, geleneksel alaşımların sıcaklık ve kompozisyon parametreli
ile kısıtlı faz ayarlamalarına ek olarak üçüncü bir parametre olan parçacık boyutu malzemelerden elde edilebilecek özellikleri neredeyse
limitsiz hale getirmiştir. Veri depolama araçlarından katalizörlere,
biyosensörlerden kanser tedavisine kadar oldukça geniş bir uygulama alanı
yelpazesine sahip nanoalaşımlar, karmaşık yapılarından ötürü, teorik öngörülere
olan ihtiyacı artırmıştır duymaktadırlar. Söz konusu uygulama alanlarında yeni
nesil nanoalaşımların yer alabilmeleri için, sentezleme koşullarını ve
edinilecek özellikleri önceden belirlemek; yapı-özellik ilişkilerini kurabilmek
gereksinimi doğmuştur. Gün geçtikçe yeni sentez yöntemleri, yeni alaşımlar ve
yeni özellikler duyurulmakta, ve dolayısıyla nanoalaşımları ele alacak yeni
teorilere ihtiyaç duyulmaktadır. Endüstri ve literatür’deki bu ihtiyaca cevap
vermek için, bu proje’de metalik camsı ve intermetalik
bazlı nanoalaşımların modellenmesi ve üretilmesi için yeni
metodlar geliştirilmesi hedeflenmiştir. Amorf nanoalaşım çalışmalarına;
manyetik metalik camlar için model haline gelmiş Fe-B sistemi ve aynı şekilde
üstün manyetik özellikleri barındıran Fe-Co sistemi, intermetalik parçacık
çalışmalarına ise referans teşkil etmesi için Fe-Co sistemi ve potansiyel
manyetik kayıt uygulamalarına sahip Fe-Pt sistemleri proje kapsamında başarılı
bir şekilde modellenmiştir. Bu proje kapsamında, belirlenen sistemlerdeki
nanoalaşımlarda kararlılık, geometri, segregasyon, atomik
düzenlenme, ergime, cam geçişi, atomik düzeydeki hatalar (anti faz sınırları vb) ve sentez yöntemleri, kompozisyon, sıcaklık ve
parçacık boyutuna bağlı olarak teker
teker modellenmiştir. Aynı zamanda sonuçlar ıslak mekanik
nanoalaşımlama yöntemi ile üretilen alaşımlarla karşılaştırılmaktadır.
Modellemelerde Moleküler Dinamik
(MD), Monte Carlo (MC) ve
geliştirilmiş Hibrit MD/MC yöntemleri
kullanılmış, atomlar arası etkileşimler içinse proje kapsamında geliştirilmiş tersinir moleküler dinamik potansiyeli, psödo-potansiyel yaklaşım, gömülü atom ve ab-initio yaklaşımları kullanılmıştır. Gerçek nanoalaşımlardan elde
edilen denysel yapı-özellik bilgileri (DSC, XRD, SEM, VSM), teorik modellerin
öngörüleri ile paralel olarak değerlendirilmiştir.
Bu bağlamda,
nanoalaşımlarda potansiyel enerji yüzeyinin ele alınmasına ve taranmasına ve
yukarıda bahsedilen parametrelerin incelenmesine yönelik üç adet yeni model
geliştirilmiştir. İlk olarak amorf nanoalaşımlar için Birleştirilmiş Tersinir
Moleküler Dinamik Yöntemi isimli, etkileşim potansiyellerini X-ışını ve nötron kırınımı deneylerinden öngörmeye yarayan ve dolayısıyla
oldukça üstün yapısal tahmin yeteneğine
sahip olan bir model başarıyla geliştirilmiş ve belirlenen Fe-B sistemlerine
başarıyla adapte edilmiştir. İkinci olarak nanoalaşımlar için geometrik
temellere dayanan, pratik çözümler sunması beklenen, Tammes problemine de dolaylı bir çözüm olacak yeni bir Atomik
Koordinasyon Sayısı Modeli geliştirilimiş ve uygulanamıştır. Üçüncü
olarak, yoğunluk fonksiyonu teorisi (density functional theory) bazlı,
intermetalik nanoalaşımları ele alacak, ab-initio
hassasiyetini ve MC pratikliğini bir arada barındırması planlanan İntermetalik
Nanoalaşımlar için İlk-Prensip MC Modeli isimli bir yöntem
geliştirilmiş ve belirtiltn intermetalik sistemlerine uygulanmıştır. Üretim
sürecinde ise, yüzey etken maddelerin
ve ayrıştırma yöntemlerinin yüksek
enerjili bilya ile öğütülmesi ile elde edilen nanoalaşımlara etkisine
bakılmış, karakterizasyonlar sonucu elde
edilen atomik yapılar, geçiş sıcaklıkları, manyetik vb özellikler, model
sonuçları ile kıyaslanmıştır. Son olarak bu üç modelin, literatürdeki diğer
modellerin ve sentez yöntemlerinin değerlendirilmesi ile sentez-yapı-özellik
üçlüsünü birbirine bağlayacak efektif bir tasarım/öngörü rotası belirlenmeye
çalışılmıştır.