Eveeet, sonunda uzmanlık alanıma
geldik. Termodinamiğe olan özel ilgim ve araştırmalarımla edindiğim
bilgilerimle yazmış olduğum yazılarım sizler tarafından oldukça ilgi gördü.
Öncelikle ilginiz için teşekkür ediyorum. Fakat bir Malzeme Mühendisi olarak, “Malzemelerin
Mekanik Özellikleri” isimli yazı dizim uzmanlık alanıma girmektedir. Bu yüzden
bu diziyi termodinamik dizisinden daha fazla irdeleyecek, örnekler gösterecek
ve daha detaylı anlatacağım.
Her ne kadar diğer mühendislik
dallarınca hak ettiği saygıyı ve yeri bulamasada, Malzeme Bilimi ve
Mühendisliği çok önemli bir mühendislik dalıdır. İstediğiniz kadar kuramsal
çevrimler, mekanizmalar ortaya koyun, o projelerin başarısı malzemenizin
kalitesiyle sınırlıdır. Zaten bu yüzden Boğaz Köprüsünü Japonlara yaptırmak
zorunda kaldık. Dünyaca ünlü dev firmaların malzeme geliştirme bölümleri harıl
harıl çalışmasaydı, bugün hala ’60 model araçlarla aynı kalitedeki araçlara
biniyor olurduk. Kısacası malzemesiz mühendislik olmaz diyebilirim. Peki, bu
malzemeler nasıl gruplanır, özellikleri nasıl belirlenir ve nasıl karakterize
edilirler? İşte tüm bu soruların cevaplarını her bir yazımda vereceğim. Bu
haftaki yazımda, “Malzeme Biliminin” temellerine değineceğim.
Malzeme, etrafınızda gördüğünüz
her şeydir. Bilgisayarınızın dış kaplaması, içerisindeki silikon çipleri,
televizyonunuzun ekranı, arabanızın tüm parçaları vb.. daha bir çok örnek
verilebilir. Fakat tüm bu malzemeler belirli gruplara ayrılarak incelenmesi
kolaylaştırılmıştır. “Malzemeler hangi gruplara ayrılırlar ?” sorusuna, çoğu
ilkokul öğrencisinin bile kısa süre düşünüp cevap verebilir. Bu sorunun cevabı
kabaca, metaller, plastikler ve seramiklerdir. Fakat malzeme bilimi disiplinler
arası bir bilim dalı olduğundan, akademik olarak bir cevap verilmesi gerekirse,
“metaller, seramikler, polimerler, yarıiletkenler ve nano malzemeler”
denebilir.
Metaller, insanlığın ilk
çağlarından beri uğraştığı, şekil verdiği, kullandığı malzeme grubudur. Maden
halde bulunurlar. İşlenilmeleri gerekir. Isıyla muamele edildiğinde şekil
verilebilirlikleri artar. Eski çağlardaki metal malzemeler, topraktan üretilen
–seramikler- malzemelere göre çok daha dayanıklılardı. Silahlar, avcı
takımları, kap kacaklar hep metallerden üretilmiştir. Bunun sebebi, metaller
geleneksel seramiklere göre hem daha sertlerdir hem de daha süneklerdir.
Geleneksel seramiklerin çok rahat kırılıp, tuzla buz oldukları düşük seviyedeki
düşme, çarpışma, burulma gibi etkiler altında kırılmaz, ya esner ya da çok az
şekil değiştirirler.. Ayrıca, şekil bozunumuna uğradıklarında eski haline
getirmek için birazcık ısıtmak yeterli oluyordu. Bu yüzden ilkel insan
topluluklarınca tercih edildiler.
Ne zaman ki ilkel insan
toplulukları yerleşik hayata geçip, tarım ve hayvancılık ile uğraşmaya
başladılar, toplu yemek pişirmek, aletleri geliştirmek zorunda kaldılar.
Metaller yemek pişirmek için uygun olsada, yemeklere kontamine –bulaşmak- oluyorlardı. Ayrıca, silahları eritip dökmek
içinde kaplar gerekiyordu. Yani sıcaklık karşısında kolay bozunmayacak, şekil
değiştirmeyecek malzeme gerekliydi. İnsanlar, toprak ve kili farklı metal
oksitler ile karıştırıp su ilave ettikleri yeni malzemelerini fırınlarda
pişirince, bu yeni malzeme grubunun ısıya ve yüksek sıcaklığa oldukça dayanıklı
olduğunu gördüler. İşte bu malzemeler, toprak temellidir ve bunlara seramik
denir. İlk insanların ürettiği seramikler tabi ki, geleneksel, oldukça basit
imal edilebilen ilkel seramiklerdi. Fakat, alüminyum, demir, bakır, pirinç gibi
metal ve alaşımlarının eritilmesi için gereken sıcaklığa dayanabiliyorlardı.
Büyük ve harlı yanan ateşlerde pişirecekleri büyük ölçüdeki yemeklerini de bu
kaplara koyup pişirebiliyorlardı. Üstelik yemeklerde lezzetini kaybetmiyordu.
Yine bu seramik kaplara içeceklerini koyabiliyordı. Su, süt gibi içeceklere
kontamine olmuyordu. İşte tüm bu sebeplerde dolayı, geleneksel seramikler
bugünlere kadar bize çok hizmet ettiler ve ilerleyen zamanlarda da edecekler.
1930’lu yıllara kadar insanlar
iki malzeme grubuyla hayatlarını idame ettirdiler. Konserve dışında uzun ömürlü
hazır yiyecek bulunduramıyorlardı. Çünkü ya metaller kontamine oluyordu ya da
seramikler kırılıyordu. Ayrıca yiyecekleri izole ettikleri kapların maliyeti
yüksekti. ’30 lu yıllarda polimer endüstrisini ortaya çıkmasıyla, poşetler,
ambalajlar, jelâtin filmler bulundu ve hazır gıdacılık adında bir sektörde buna
müteakip ortaya çıktı. Polimerler, metal ve seramiklere göre zayıflardı. Fakat
hava ve su bariyeri olmaları, yiyeceklere kontamine olmamaları, seri imalat
proses edilebilirlikleri yüksek olduğundan ve diğer malzemelere göre çok ucuz
olduklarından endüstride hızlı bir şekilde genişçe bir yer tuttular.
Gelişen polimer endüstrisiyle,
günümüzde hemen hemen heryerde polimerlere rastlıyoruz. Örneğin, kullandığımız
araçların kütlece %30 u plastik ve kauçuk parçalardan oluşuyor. Plastik ve
kauçuklar polimerdir. Bir insan ortalama olarak, yılda 2~4 kilogram çelik
kullanırken, 15 kilogramdan fazla polimer kullanmaktadır. Şöyle bir etrafınıza
bakmanızı rica ediyorum. Polimerlerin hayatımızda ne kadar fazla yer tuttuğunu görüyorsunuz
değil mi?
’60 yıllarda transistör yerine
ısınması beklenen ampulle üretilen radyolar hiç kullanışlı değillerdi. Silikon
ve germanyumun yarı iletken olduğu anlaşılınca, uygulamada kullanmalarıyla ilk
çipler, işlemciler ve transistörler üretildi. Böylece devasa radyolar, bir
kalem pil büyüklüğüne indi, televizyonlar HD oldu, bilgisayarların verimleri ve
sayısal işlem hacimleri neredeyse milyar kat arttı. Silikon ve germanyum
hayatımızı öyle değiştirdi ki, Madde bilimciler bu tip malzemeleri ayrı bir
grupta inceleme gereksinimi duydular ve bu grubun adınıda “yarı iletkenler”
olarak belirlediler.
2000 li yıllara
geldiğimizde, milenyum hastalığı hortlamıştı. Kanser! Gerek fast food’a karşı
terk ettiğimiz ev yemeklerimizden dolayı, gerekse de GDO’lu, hormonlu
yiyeceklerden dolayı kanser vakaları arttı. Bilim insanları kanser hücrelerinin
farklı protein şifresine sahip olduğunu fark ettiklerinde, akıllarına ilk gelen
şey, nano düzeyde üretilecek partiküllerin, kanserli hücrelerin yaydığı farklı
şifreye sahip proteinlere saldırabileceğini ve sadece kanserli hücreyi
öldürebileceği idi. Bu çözüm çok mantıklıydı ve uygulamada hastanın sağlıklı
hücrelerini de tahrip etmiyordu. Bu buluşla birlikte madde bilimciler yine işe
koyuldu ve üzerine kanserli hücreyi teşhis edecek protein reseptörlerini
çaktıkları yapay nano elmas partiküllerini sentezlediler. Tabi ki, nano
teknolojinin öncesi var. Fakat benim asrın buluşu olarak değerlendirdiğim buluş
bu nano elmaslardır. Nano elmasın örneği aşağıdadır.
Bu yazımda, ana malzeme
gruplarını tanıttım. Sizleri sıkmamak adına, “kristal yapıları” bir sonraki
yazıma bırakıyorum. Takipte kalınız..
Okan Gençoğlu
Malzeme Bilimi ve
Mühendisliği Öğrencisi
Mühendisliği Öğrencisi
bekliyoruz...
YanıtlaSil