Y. Doç. Dr. Arcan F. Dericioğlu
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü

Elektromanyetik radyasyon, boşlukta ya da maddesel ortamda elektrik ve manyetik bileşenleri ile kendiliğinden yayılan dalgaların genel adıdır. Değişen frekanslara sahip dalgaların oluşturduğu elektromanyetik spektrum en yüksek enerjili Gama ve X-ışınlarından başlayarak mor ötesi, görünür ışık, kızılötesi ve mikrodalgalar ile TV ve radyo dalgalarını içerir. Birçok doğal ve insan yapımı kaynak tarafından yayılmakta olan tüm bu elektromanyetik dalgalar, her an çevremizde bulunmakta ve hayatımızda önemli bir rol oynamaktadır. Gelişen telekomünikasyon teknolojileri ile radyo frekanslarının kullanımı her geçen gün artmakta, bununla beraber daha düşük frekanslara sahip mikrodalgalar radarlar, hatsız (wireless) bilgi transferi, tıbbi tanı koyma ve araştırma sistemlerini de içeren askeri ve sivil uygulamalarda geniş kullanım alanları bulmaktadır.

Elektromanyetik spektrumun 300 MHz ile 300 GHz frekans aralığında, dalga boyları 1 mm ile 1 m arasında değişen mikrodalgaların madde ile etkileşimi malzeme bilimi açısından oldukça ilginç sonuçlar doğurmaktadır. Söz gelimi, mikrodalga varlığının ya da yayınımının istenmediği ortamlarda mikrodalga soğurucu malzemelere ihtiyaç duyulabildiği gibi, kontrollü olarak yaratılan mikrodalgaların malzeme üretim süreçlerinde kullanılabilmeleri mümkün olmaktadır. Bu bağlamda, mikrodalga yayınımını engelleme amacına yönelik “Radar Soğurucu Malzemeler” (Stealth) ile “Elektromanyetik Parazit Kalkanları” (EMI Shielding Materials) geliştirmek için araştırmalar yapılırken, mikrodalgaların malzeme üretiminde enerji kaynağı olarak kullanıldığı “Mikrodalga Sinterleme (Pişirme)” yöntemi üzerine çalışmalar sürmektedir.

Hızla gelişen iletişim teknolojilerinde mikrodalgaların kullanımı her geçen gün yaygınlaşmakta ve farklı kaynaklardan yayılan dalgaların birbirleriyle ya da çevreyle etkileşimleri giderek büyüyen bir sorun haline gelmektedir. Geniş frekans aralıkları gerektiren çeşitli uygulamaların yüksek performans, çalışma güvenliği ve kararlılık gereksinimleri elektromanyetik dalga soğurucu malzemelerin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Elektromanyetik dalga soğurucu malzemelerin temel görevi elektromanyetik enerjiyi belli bir alanda belli değerle sınırlamak ya da yayılmasını engellemektir. Bir malzemenin elektromanyetik  dalga soğurucu olarak kullanılabilmesi için elektromanyetik enerjiyi sönümlemesi ya da dağıtması gerekir. Bu da malzeme içerisindeki yüklü parçacıkların transferiyle oluşan ohmik kayıp, moleküler polarizasyon kaybı veya manyetik kutuplaşma kaybıyla olur. Kullanım alanları dikkate alındığında elektromanyetik dalga soğurucu malzemeler; radar absorblayıcı malzemeler (RAM), elektromanyetik eko kalkanları, parazit giderici malzemeler ve yüksek frekanslı iletişim hatlarında kullanılan malzemeler olarak sınıflandırılabilirler.

Son yıllarda, elektromanyetik dalgaların varlığına karşı malzemeler geliştirmenin yanında, bu enerji kaynağını malzeme üretim teknolojilerine entegre etme çabaları giderek yoğunlaşmaktadır. Günümüzde, seramik malzemeler ve hatta toz metalurji parçalarının üretiminde sağladığı avantajlar nedeni ile elektromanyetik dalgaların kullanıldığı mikrodalga sinterleme (pişirme) yöntemine duyulan ilgi gittikçe artmaktadır. Mikrodalga sinterleme yönteminin konvansiyonel sinterleme yönteminden en büyük farklılığı ısıtma prensibidir. Konvansiyonel sinterlemede ısı transferi konveksiyon ve radyasyon ile sağlanırken, mikrodalga sinterleme yönteminde ısı mikrodalga ile sinterlenecek malzemenin etkileşime girmesi ile ortaya çıkmakta, bu nedenle de hacimsel ve homojen ısınmaya neden olmaktadır. Mikrodalga ile malzemenin etkileşimi iyonik parçaların göçü ve/veya dipolar parçaların rotasyonu ile moleküler harekete sebep olur. Mutfaklarda kullanılan mikrodalga fırınlarda da benzer bir şekilde gıdalarda bulunan su moleküllerinin elektromanyetik dalgalar ile rotasyonuyla ısıtma sağlanmaktadır. Sonuç olarak, mikrodalga ile sinterlemede ısı dış kaynaklardan sağlanmak yerine sinterlenen malzemenin içerisinde üretilir ve bu sebeple ters bir ısınma profili gösterir. Enerji transferi prensibiyle ısıtma sağlayan konvansiyonel yöntemlerin aksine, enerji korunumu sebebiyle mikrodalga sinterlemede ısıtma çok hızlı gerçekleşir. Mikrodalga sinterleme yönteminde elektromanyetik enerjinin tamamına yakını ısıya dönüşürken konvansiyonel yöntemlerde önemli ısı kayıpları söz konusudur.

Metalurji ve Malzeme Mühendisliği bünyesindeki Elektromanyetik Malzemeler Laboratuarı’nda yürütülmekte olan çalışmalar elektromanyetik dalgalar ile malzemelerin etkileşimine yoğunlaşmakta ve bu etkileşimin sonuçlarını değişik mühendislik uygulamalarında kullanmayı amaçlamaktadır. Bu kapsamda, seramik dokuma ve/veya parçacık takviyeli kompozitler ile bunlara uygulanabilecek yüzey modifikasyonları  incelenerek Radar Soğurucu Malzemeler (Stealth) ile Elektromanyetik Parazit Kalkanları geliştirilmeye çalışılmaktadır. Bu çalışmalara paralel olarak, laboratuarımızda oksit ve nitrür bazlı seramiklerin mikrodalga sinterleme yöntemi kullanılarak üretilmesine çalışılmaktadır. Bu yöntem ile fiziksel ve mekanik özellikleri konvansiyonel metotlarla üretilmiş seramiklere kıyasla üstün malzemeler üretilmesi amaçlanmaktadır. Üretilecek seramiklerin performansları saydam zırhlar ya da küçük turbojet motoru türbin parçaları gibi çok zorlu operasyon şartları içeren uygulamalarda belirlenecektir. Kapsamı itibarıyla disiplinler arası bir yapı gösteren araştırmalarımız üniversitemizin Elektrik ve Elektronik Mühendisliği ile Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümleri’yle işbirliği yapılarak yürütülmektedir. 


Araş. Gör. Gökhan Kıdıl, Proje Asist. Burcu Kayıplar, Y. Doç. Dr. Arcan F. Dericioğlu, Araş. Gör. Selen N. Gürbüz, Araş. Gör. Elvan Tan