“11 Soru 11 Cevap” röportaj serimin otuz beşinci konuğu, röportaj teklifimi yoğunluğuna rağmen nazikçe kabul eden, Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik alanında ülkemizin önde gelen isimlerinden Sayın Doç. Dr. Bekir Dizman olacaktır. Kendisi, üniversite eğitimine Koç Üniversitesi Fen Fakültesi Kimya Bölümünde başlamış; ardından Güney Mississippi Üniversitesi'nde gerçekleştirdiği bütünleşik doktora eğitimi sırasında ve sonrasında, Polimer Bilimi ve Mühendisliği Yüksek Performanslı Malzemeler ve Polimer Bilimi ve Mühendisliği Okulu bünyesinde uzun süreli araştırma görevlisi ve öğretim görevlisi kadrolarında önemli çalışmalarda bulunmuştur. Sonrasında ülkemize geri dönerek Sabancı Üniversitesi Mühendislik ve Doğa Bilimleri Fakültesi bünyesinde; Polimer Bilimi, Organik Kimya ve Biyokimya gibi disiplinler arası alanlarda kritik bilimsel faaliyetler yürütmeye devam etmektedir. Literatüre ve akademik dünyaya sunduğu değerli katkılar dolayısıyla kendisine teşekkür eder; izninizle sorularıma geçmek isterim.
Soru 1-Öncelikle nasılsınız hocam, bu alana sizi yönlendiren temel motivasyon ve hedef ne oldu?Cevap 1-Teşekkür ederim, iyiyim. Umarım siz de iyisinizdir.Açıkçası beni bu alana çeken en önemli şey, yüksek performanslı polimer ve kompozit sistemlerin yalnızca akademik düzeyde kalmaması, gerçekten endüstride uygulanabilir hale gelmesi oldu. Özellikle epoksi reçine bazlı termoset kompozitler çok güçlü malzemeler; havacılıktan elektroniğe kadar birçok alanda kritik rol oynuyorlar. Ama bir taraftan baktığınızda enerji tüketimi yüksek, geri dönüşümü zor ve proses maliyetleri ciddi bir problem.
Ben de çalışmalarımda biraz bu dengeyi kurmaya çalıştım. Yani hem yüksek performansı koruyalım hem de daha sürdürülebilir, daha düşük enerji tüketimli ve sanayide ölçeklenebilir sistemler geliştirelim yaklaşımıyla ilerledim. Zaten akademi-sanayi projelerinde çalıştıkça şunu daha net görüyorsunuz: laboratuvarda çalışan bir sistemin gerçek üretim hattında da aynı şekilde çalışması gerekiyor. Bence işin en heyecan verici tarafı da bu.
Soru 2-Düşük enerji tüketimli kürleme süreçleri üzerine yaptığınız araştırmalarda, endüstriyel ölçeklenebilirlik açısından en büyük teknik zorluklar nelerdir?
Cevap 2-Buradaki en büyük problem genelde reaktivite ile raf ömrü arasındaki denge oluyor. Siz sistemi düşük sıcaklıkta hızlı kürlenecek şekilde tasarlıyorsunuz ama aynı sistemin depoda aylarca stabil kalması gerekiyor. Özellikle tek bileşenli epoksi sistemlerinde geciktirici kürleme ajanlarının tasarımı bu yüzden çok kritik.
Bir diğer konu da laboratuvar ve endüstri arasındaki fark. Laboratuvarda birkaç gram reçineyle çalışırken her şey çok kontrollü ilerliyor. Ama iş ton ölçeğine geldiğinde ısı transferi değişiyor, ekzotermik reaksiyonlar daha zor kontrol ediliyor, viskozite davranışı farklılaşıyor. Özellikle kalın kompozit yapılarda homojen kürleme ciddi bir mühendislik problemi haline geliyor.
Bizim çalışmalarımızda da özellikle düşük sıcaklıkta aktive olan geciktirici sistemlerde hem depolama stabilitesi hem de hızlı kürleme davranışını birlikte optimize etmeye odaklandık.
Soru 3-Literatürde yer alan çalışmalarınızda kompozitlerin enerji tüketimine yönelik geliştirdiğiniz sistemlerde, yaşam döngüsü analizi açısından gerçekten sürdürülebilir bir kazanım elde edildiğini söylemek mümkün mü?
Cevap 3-Evet, özellikle son yıllarda bununla ilgili oldukça güçlü veriler oluşmaya başladı. Düşük sıcaklıkta kürlenebilen reçineler ve kısa çevrim süreleri enerji tüketimini ciddi şekilde azaltabiliyor. Özellikle otoklav yerine otoklav dışı proseslerin kullanılması karbon ayak izini önemli ölçüde düşürüyor.
Ama sürdürülebilirlik konusu yalnızca “daha az enerji harcadık” diyerek çözülebilecek bir konu değil. Ham maddenin kaynağı, kullanım ömrü, geri dönüştürülebilirlik ve proses verimliliği gibi parametreleri birlikte değerlendirmek gerekiyor.Bizim yaptığımız çalışmalarda da özellikle geciktirici kürleme ajanı içeren sistemlerle daha düşük kürleme sıcaklıklarında mekanik performansı koruyabileceğimizi gördük. Bunun endüstriyel karşılığı ise daha kısa üretim süresi, daha düşük enerji maliyeti ve ekipman üzerindeki termal yükün azalması oluyor. Özellikle prepreg ve kompozit üretim süreçlerinde bunun ciddi avantaj sağladığını düşünüyorum.
Soru 4-Elyaf takviyeli kompozitlerde ara yüzey mühendisliği açısından mekanik dayanımı belirleyen en kritik parametre sizce nedir?
Cevap 4-Bence en kritik konu ara yüzey aderansı ve yük transfer verimliliği. Çünkü kompozitlerde asıl taşıyıcı faz elyaf olsa bile, yükü o elyafa ne kadar etkin aktarabileceğiniz belirleyici oluyor.
Özellikle karbon elyaf kompozitlerde ara yüzey kimyası çok önemli. Elyaf yüzey enerjisi, yüzey fonksiyonelleştirmesi ve matris uyumu gibi parametreler doğrudan mekanik performansı etkiliyor. Son yıllarda nano ölçekli ara yüzey mühendisliği de burada çok önemli hale geldi.Bizim multiscale kompozit çalışmalarımızda örneğin karbon nanotüp (CNT) veya grafen bazlı yapılarla ara yüzeyi güçlendirdiğimiz de çatlak ilerlemesini baskılayabildiğimizi ve interlaminar özelliklerde ciddi iyileşmeler elde ettiğimizi gördük. Özellikle nano ve mikro ölçeklerin birlikte çalıştığı sistemler oldukça ilgi çekici sonuçlar veriyor.
Soru 5-Geri dönüştürülebilir kompozit sistemlerde özellikle vitrimerler ve dinamik kovalent bağlar gibi yaklaşımları nasıl değerlendiriyorsunuz?
Cevap 5-Bence önümüzdeki dönemin en önemli alanlarından biri olacak. Çünkü klasik termosetler performans açısından çok güçlü ama geri dönüşüm tarafında ciddi dezavantajları var. Vitrimerler ise ağ yapısını tamamen kaybetmeden yeniden şekillendirilebilme avantajı sunuyor.
Bu, özellikle tamir edilebilir ve yeniden işlenebilir kompozitler açısından çok değerli bir yaklaşım. Ancak burada hâlâ çözülmesi gereken bazı problemler var. Örneğin yeniden işlenebilirliği artırırken yüksek sıcaklık dayanımını veya mekanik performansı kaybetmemek gerekiyor.
Şu an en büyük zorluklardan biri de bu sistemlerin mevcut endüstriyel üretim hatlarına uyarlanabilmesi. Yani yalnızca laboratuvarda çalışması yetmiyor; üretim prosesine gerçekten entegre edilebilir olması gerekiyor.
Soru 6-Nanopartikül katkılı polimer sistemlerde homojen dağılım sağlamak için kullandığınız dispersiyon tekniklerinde hangi yöntemleri daha etkili buluyorsunuz?
Cevap 6-Aslında tek bir yöntem çoğu zaman yeterli olmuyor. Genelde ultrasonik dispersiyon, mekanik karıştırma ve yüzey fonksiyonelleştirmeyi birlikte kullanıyoruz.
Ultrasonik yöntem aglomeraları kırmada oldukça etkili ama fazla uygulanırsa CNT gibi yapıları kırabiliyor veya lokal sıcaklık artışı oluşturabiliyor. Mekanik karıştırma sanayi açısından daha ölçeklenebilir fakat nano seviyede tam dispersiyon sağlamak her zaman kolay olmuyor.
Kimyasal fonksiyonelleştirme dispersiyonu ciddi şekilde iyileştiriyor ama bu kez de nanopartikülün intrinsik özelliklerini bir miktar değiştirebiliyorsunuz. Özellikle elektriksel iletkenlik tarafında bunu görebiliyoruz. O yüzden çoğu zaman hibrit yaklaşım en iyi sonucu veriyor.
Soru 7-Sanayi işbirliklerinde ölçek büyütmede en sık karşılaştığınız problemler neler oluyor?
Cevap 7-En sık karşılaşılan problem proses homojenliğinin kaybolması diyebilirim. Laboratuvarda çok iyi çalışan bir reçine sistemi, büyük hacimlerde tamamen farklı davranabiliyor.Özellikle ısı transferi, reçine akışı, viskozite kontrolü ve ekzoterm yönetimi ölçek büyüdükçe çok daha kritik hale geliyor. Nano dolgu içeren sistemlerde dispersiyonun korunması da ayrı bir problem. Küçük ölçekte homojen görünen bir sistem, büyük batch üretiminde aynı sonucu vermeyebiliyor.
Kompozit üretiminde vakum kalitesi ve reçine infiltrasyonu da çok kritik. Özellikle kalın kompozit yapılarda boşluk oluşumu ve heterojen kürlenme ciddi sorun yaratabiliyor.
Soru 8-Kompozit üretimi ve enerji tüketimine yönelik çalışmalarınızda proses bazlı optimizasyon ile malzeme bazlı inovasyon arasında nasıl bir denge kuruyorsunuz?
Cevap 8-Ben bu ikisinin birbirinden ayrı düşünülemeyeceğini düşünüyorum. Yalnızca malzemeyi değiştirmek çoğu zaman yeterli olmuyor. Aynı şekilde yalnızca proses optimizasyonu da sınırlı kalabiliyor.Örneğin düşük sıcaklıkta kürlenen bir reçine geliştirdiğimizde, bunun üretim hattındaki viskozite davranışını, akış karakterini ve proses penceresini de düşünmeniz gerekiyor. Biz genelde reçine kimyası ile proses parametrelerini birlikte optimize etmeye çalışıyoruz.
Aslında gerçek inovasyon biraz burada ortaya çıkıyor; yani malzeme tasarımı ile üretim mühendisliğini birlikte düşünebildiğiniz noktada.
Soru 9-Termoplastik ve termoset kompozitler arasında seçim yaparken hangi kriterleri daha önemli görüyorsunuz?
Cevap 9-Bu tamamen uygulamaya bağlı. Termoplastikler geri dönüştürülebilirlik ve hızlı üretim açısından çok avantajlı. Darbe dayanımları da çoğu zaman daha iyi oluyor. O yüzden otomotiv gibi yüksek hacimli üretimlerde ciddi şekilde öne çıkıyorlar.
Ama havacılık gibi yüksek sıcaklık dayanımı, boyutsal stabilite ve uzun dönem performans gerektiren alanlarda termosetler hâlâ çok güçlü bir konumda. Özellikle düşük viskoziteli reçine sistemleri sayesinde elyaf infiltrasyonu açısından da büyük avantaj sağlıyorlar.
Bence gelecekte iki sistem de farklı uygulamalarda birlikte var olmaya devam edecek.
Soru 10-Multifonksiyonel kompozitler gelecekte çalışmalarınızda nasıl bir yer tutacak?
Cevap 10-Bence bu alan geleceğin en heyecan verici alanlarından biri. Çünkü artık kompozitlerden yalnızca mekanik taşıyıcılık beklenmiyor. Aynı zamanda iletkenlik, elektromanyetik koruma (EMI shielding), enerji depolama, sensör davranışı veya kendini onarma gibi özellikler de isteniyor.
Ama burada en büyük problem, bir özelliği iyileştirirken diğerini kaybetmemek. Örneğin iletkenliği artırmak için çok fazla nano dolgu eklerseniz sistem gevrekleşebiliyor.
Bizim çalışmalarımızda özellikle multiscale yapılar ve kontrollü ara yüzey mühendisliğiyle bu dengeyi korumaya çalışıyoruz. Düşük perkolasyon eşiği sağlayan nanomalzemeler burada oldukça önemli.
Soru 11-Kendi araştırmalarınızdan yola çıkarak, önümüzdeki dönemin “oyun değiştirici” teknolojisi sizce ne olacak?
Cevap 11-Bence sürdürülebilir ve akıllı kompozit sistemler olacak. Özellikle yeniden işlenebilir termosetler, düşük enerji tüketimli kürleme sistemleri, yapısal enerji depolayan kompozitler ve kendini onarabilen malzemeler çok önemli hale gelecektir.Bir diğer kritik alan da yapay zekâ destekli malzeme tasarımı. Çünkü artık binlerce formülasyonu deneyerek ilerlemek yerine veri destekli tasarım yaklaşımı giderek güçleniyor. Dijital ikiz ve proses modelleme tarafı da üretim optimizasyonunda çok önemli olacak.
Gelecekte yalnızca “en yüksek performanslı” malzeme değil; aynı zamanda sürdürülebilir, enerji verimli ve çok fonksiyonlu malzemeler öne çıkacak diye düşünüyorum.
Soru 12-Düşük sıcaklıkta kürlenebilen epoksi sistemleri klasik epoksi-amin sistemlerinden hangi yönleriyle ayrışıyor?
Cevap 12-Buradaki temel fark reaksiyon kinetiğinin daha kontrollü yönetilmesi. Klasik epoksi-amin sistemlerinde genellikle daha yüksek sıcaklık gerekiyor. Ama geciktirici katalizörler veya özel kürleme ajanları sayesinde daha düşük sıcaklıklarda aktive olabilen sistemler geliştirilebiliyor.Bu hem enerji tüketimini azaltıyor hem de proses süresini kısaltıyor. Özellikle prepreg uygulamalarında ve hızlı üretim süreçlerinde ciddi avantaj sağlıyor.
Ama tabii burada dikkat edilmesi gereken nokta şu: düşük sıcaklıkta kürlenme sağlarken camsı geçiş sıcaklığı, çapraz bağ yoğunluğu ve uzun dönem termomekanik performansı koruyabilmek gerekiyor. Zaten işin asıl zor kısmı da burada başlıyor.
Soru 13-Mikro yapı ile makro mekanik özellikler arasında nasıl bir ilişki kuruyorsunuz?
Cevap 13-Ben kompozitlerde performansın büyük ölçüde mikro ve nano ölçekte başladığını düşünüyorum. Ara yüzey aderansı, boşluk miktarı, nano dolgu dispersiyonu veya çapraz bağ yoğunluğu gibi parametreler doğrudan çatlak ilerlemesini ve yük transferini etkiliyor.
Bu yüzden biz genellikle SEM, DMA, DSC, reoloji ve mekanik testleri birlikte değerlendiriyoruz. Yani yalnızca “mekanik değer yükseldi” demek yerine, bunun mikro yapıda hangi değişimden kaynaklandığını anlamaya çalışıyoruz.
Özellikle multiscale kompozitlerde nano seviyedeki küçük bir değişimin makro ölçekte çok ciddi performans farkları oluşturduğunu görmek oldukça etkileyici oluyor.
Hocam,teşekkür ediyorum. Çalışmalarınızı anladığım kadarıyla takip ediyor bundan sonraki yaşamınızda sağlık ve başarılarınızın devamını diliyorum.Saygılar.
YORUMLAR