Yapay zekadan makale özeti
- Kısa
- Ayrıntılı
- Bu video, Yıldız Teknik Üniversitesi Merkez Laboratuvarı'nın üçüncü seminer serisi olup, Dr. Özlem Yağcı ve diğer merkez laboratuvarı personeli tarafından sunulan akademik bir eğitim içeriğidir. Dr. Yağcı, fizik alanında eğitim almış ve akademik deneyimli bir uzmandır.
- Seminer, X-ışını kırınım (XRD) tekniği ile malzemelerin atomik yapısını keşfetme konusunu ele almaktadır. İçerik, X-ışınlarının özellikleri, kristal yapıların incelenmesi, Bragg koşulu, XRD cihazının çalışma prensibi, numune hazırlama teknikleri ve ölçüm sonuçlarının yorumlanması gibi konuları kapsamaktadır. Video, teorik bilgilerin yanı sıra cihazın kullanımı ve pratik uygulamaları da göstermektedir.
- Seminerin sonunda bir soru-cevap oturumu gerçekleşmiş olup, katılımcılar arasında Tutku Çalık, Hände Cebeci, Sema Akyol ve Fatma Baybars bulunmaktadır. XRD analizinin çeşitli alanlardaki uygulamaları, XRD ile XRF arasındaki farklar ve kütüphanede referansı bulunmayan malzemelerin analiz edilmesi gibi konular ele alınmıştır.
- Giriş ve Konuşmacının Tanıtımı
- Merkez Laboratuvarda Neler Oluyor? seminer serisinin üçüncü bölümü, X-ışını kırınım tekniği ile malzemelerin atomik yapısını keşfetme konulu sunum gerçekleşiyor.
- Sunumu, Yıldız Teknik Üniversitesi Merkez Laboratuvardan Dr. Özlem Yağcı yapacak.
- Dr. Özlem Yağcı, 2008'de Kocaeli Üniversitesi Fizik Bölümü'nden mezun olmuş, 2011'de Marmara Üniversitesi'nde organik güneş pilleri üzerine yüksek lisans yapmış ve 2016'da Yıldız Teknik Üniversitesi'nde doktora tamamlamış.
- 01:26Sunumun Amacı
- Sunumda X-ışını kırınım tekniği ile kristal malzemelerin atomik yapısının nasıl keşfedildiği ve bu tekniğin en önemli uygulamalarından biri olan polikristal XR cihazı anlatılacak.
- Sunum X-ışını nedir, kristalografi ve bırak yasası başlıkları altında teknik tanıtılarak, cihazın çalışma prensibi, ölçüm aşamaları, numune hazırlama, ölçüm teknikleri ve sonuçların değerlendirilmesi konuları ele alınacak.
- 02:31X-ışını Nedir?
- Elektromanyetik spektrum, ışınları dalga boylarına ve frekanslarına bağlı gruplandırarak oluşturulmuştur ve ışınlar dalga boylarına bağlı olarak maddelerle etkileşim halindedirler.
- X-ışınları, 10 üzeri -10 metre gibi küçük bir dalga boyuna sahip olduğu için atomlar arasındaki mesafe ile uyumlu olup, atomik boyutta maddeleri tanımlamak için kullanılmaktadır.
- X-ışınları 1895 yılında Alman bilim adamı William Kontrat Röntgen tarafından keşfedilmiş ve bu çalışması 1901 yılında Röntgene ilk Nobel Fizik Ödülü kazandırmıştır.
- 04:26X-ışının Özellikleri
- X-ışınları 1-1000 Ångström dalga boylu elektromanyetik ışımalardır, gözle görünmüyorlar, doğru boyunca ilerlerler ve plastik maddeler, insan vücudu gibi saydam olmayan maddelerden geçebilmektedirler.
- X-ışınları binlerce volt elektrik gerilimi ile beslenen cihazlar tarafından üretilebilmekte, ancak çelik ve kurşun gibi ağır atom ya da molekülleri olan malzemelerden geçemezler.
- X-ışınları doğal ve yapay iki şekilde oluşmaktadır; doğal ışınlar radyoaktif çekirdeklerden kendiliğinden yayılırken, yapay ışınlar X-ışını tüpü ekipmanlarla meydana gelmektedir.
- 07:31X-ışını Üretimi
- X-ışını tüpü içerisinde katot işlevi gören bir filament ve bakır plakadan oluşan bir anot yüksek vakum altındaki bir parçanın içine yerleştirilir.
- Elektronlar katottan koparılıp anota doğru çekilir, bakır atomuna çarparak elektronları uyararak yerlerinden söker ve bu elektronların yerleri üst yörüngedeki elektronlar tarafından doldurulur.
- Üretilen X-ışını, uygulanan akım şiddetine bağlı olarak değişir; daha yüksek akım uygulandığında daha yüksek şiddetli X-ışını üretilir.
- 09:55X-ışını Kırınım Yöntemi ve Kristalografi
- X-ışını kırınım yöntemi ile malzemelerin içindeki atomların nasıl yönlendiği ve dizildiği öğrenilir, bu bilgi maddelerin elektriksel, mukavemet, optik özelliklerini etkiler.
- Kristalografi, sıvı maddeleri inceler ancak ana konusu katı maddelerdir; katı maddelerde atomlar kristal yapı ve kristal olmayan (amorf) iki gruba ayrılır.
- Kristal maddelerde atomlar belli bir düzen içerisinde sıralanmıştır; bunlar polikristal ve tek kristal şeklinde ikiye ayrılırken, amorf yapılarda herhangi bir düzen yoktur ve atomlar rastgele dağılım gösterir.
- 12:34Kristal Yapının Yapısı
- Kristal yapılar, atom veya moleküllerin üç boyutlu bir şekilde periyodik olarak sıralanmasıyla kafes yapı oluşturması şeklinde oluşur.
- Kafes yapının en küçük birimine birim hücre denir ve bu birim hücre genellikle maddenin yapısının tüm özelliklerini taşır.
- Birim hücreyi incelersek, maddenin tüm özellikleri hakkında bilgi sahibi olabiliriz.
- 13:05X-ışını Kırınım Yöntemi
- Birim hücrenin atomlarının x, y, z eksenindeki koordinatları ve aralarındaki açılar x-ışını kırınım yöntemiyle belirlenebilir.
- X-ışını kırınım yönteminin bir koşulu vardır: 1913 yılında İngiliz fizikçi William Henry Bragg ve oğlu tarafından açıklanmıştır.
- Kristal yapı hakkında bilgi sahibi olabilmemiz için uyguladığımız x-ışınlarının birbirini güçlendirmesi gerekiyor.
- 14:06Bragg Eşitliği ve Uygulama
- Bragg eşitliği matematiksel olarak ifade edilir: nλ = 2d sinθ, burada λ x-ışını dalga boyunu, θ kırınım açısını ve d atomlar arasındaki mesafeyi gösterir.
- Merkez laboratuvarda kullanılan X-ışını kaynakları arasında bakır anot malzemesi kullanılır ve 1,540 ankrom dalga boyuna sahiptir.
- X-ışını kırınım yöntemiyle de parametreleri ve boşlukları bulunarak, referans maddelerle kıyaslanarak kristal yapısı ve malzemenin ne olduğu tespit edilebilir.
- 15:01X-ışını Kullanım Alanları
- X-ışını kırınım yöntemi, değerli göktaşlarının içeriğini belirlemek için kullanılır.
- Mars'taki çevre koşullarını, toprak yapısını ve su varlığını tespit etmek için de kullanılır.
- Laboratuvarlarda sentezlenen ilaçların doğru maddeler olup olmadığını kontrol etmek için de kullanılır.
- 16:12X-ışını Diktometresi Çalışma Prensibi
- X-ışını kaynağından üretilen ışınlar rastgele yönlerde olduğundan, klimatör adı verilen bir yardımcı ekipmanla odaklanıp düzgün bir şekilde nominal üzerine ulaşması sağlanır.
- Numunenin üzerine gelen x-ışınları dedektöre yansıyarak dairesel desen oluşturur ve bu desenin parlaklıkları farklılık gösterir.
- Oluşan desen yazılımsal olarak piklerden oluşan bir grafik haline gelir ve bu grafik madde hakkında bilgi verir.
- 17:26Oluşan Desenin Anlamları
- Oluşan desen, malzemede ne var ne yok, kimliği ve saf olup olmadığı hakkında bilgi verir.
- Birim hücre parametreleriyle malzemenin kristal yapısı hakkında bilgi sahibi olunabilir.
- Malzemenin kristal olup olmadığı ve içerisindeki bileşenlerin oranları hakkında bilgi edinilebilir.
- 18:19Piklerin Anlamları
- Piklerin konumları, malzemenin yapısı ve kimliği hakkında bilgi verir.
- Piklerin yüksekliği, malzemenin miktarı ile ilgili bilgi verir.
- Pik genişliği, kristal boyutu hakkında bilgi verir.
- 18:46X-ışını Ölçüm Teknikleri
- X-ışını cihazında iki farklı ölçüm tekniği uygulanabilir: ya x-ışını tüpü, numune ve dedektör sabit tutulur, ya da tüp ve dedektör ters yönde hareket ettirilir.
- X-ışını tüpü sabit tutularak numune ve dedektör hareket ettirilebilir.
- X-ışını ölçümünde numune hazırlama aşaması çok önemlidir ve katı, sıvı ve toz her türlü numune incelenebilir.
- 20:14Numune Hazırlama ve Ölçüm Süreci
- Numunenin yüzeyinin düz olması gerekiyor ve toz numunelerinde partikül boyutlarının homojen ve 50 μm'nin altında olması gerekiyor.
- Büyük boyutlu numunelerde numune öğütülüp düzgün bir şekilde sıkıştırılarak yerleştirilir.
- Ölçüm için 45 kV voltaj ve 40 mA akım uygulanarak tüpten ışın üretilir.
- 21:46Kırınım ve Miller İndisleri
- Tüpten çıkan ışınların bir kısmı kırınım olmadan geçip gider, bir kısmı kırınım yapar.
- Kırınım yapan ışınlar, kırınım açılarına göre patern üzerinde pikler oluşturarak malzemeyi tanımlar.
- Piklerin üzerindeki sayılar Miller indisleri olarak adlandırılır ve ışının yansıdığı düzlemlerin koordinatlarını ifade eder.
- 22:43XRD Cihazında Malzeme Tanıma Süreci
- XRD cihazında iki yazılım kullanılır: ölçüm için "data collector" ve sonuçları yorumlama için "high score".
- High score yazılımında kütüphane bulunur ve ölçüm sonuçları bu kütüphanedeki referans örnekleriyle karşılaştırılarak malzemenin kimliği belirlenir.
- Kütüphane, yıllardır bilim insanlarının incelediği milyonlarca maddenin bilgilerinin toplandığı bir database'dir.
- 23:53Malzeme Tanıma İşlemi
- Ölçüm yapıldıktan sonra pikler işaretlenir ve kütüphaneden "match" ikonu tıklanarak ölçüm piklerine uygun maddeler sıralanır.
- Kütüphaneden önerilen maddeler en yüksek ihtimalden en düşük ihtimalle sıralanır ve en üstteki madde seçilerek kaydırılır.
- Seçilen madde ile ölçüm örtüşüyorsa tepedeki oklar silinir ve maddenin kimliği belirlenir.
- 25:06Kristal Yapısı Belirleme
- Malzemenin kimliği belirlendikten sonra, bilim insanlarının çalışmalarından gelen verilerle maddenin kristal yapısı tespit edilir.
- Maddenin kristal yapısı, birim hücrenin koordinatları, açıları, d mesafeleri ve haşale indisleri şeklinde sunulur.
- XRD cihazı jeoloji, çevre, malzeme bilimi, sağlık, mühendislik ve temel bilimlerde kullanılan malzemelerin tanımlanmasında kullanılır.
- 26:42XRD Cihazının Kullanımı
- Toz numuneleri numune tutucuya yerleştirilir ve cihaza numune tutucusuna yerleştirilir.
- Cihazın kapağı kapatılır, voltaj ve akım değerleri yazılım üzerinden yavaş yavaş yükseltilir.
- Ölçüm parametreleri girildikten sonra (taranacak aralık, ölçüm süresi, sitlerin ölçülerini) ölçüm başlatılır.
- 32:17X-İşin Üretimi
- X-ışını üretimi için katot olarak tungsten filament, anot olarak bakır plaka kullanılır.
- Filamentten kopan elektronlar anota çarpıp, anotta yüksek seviyeden düşük seviyeye gelen elektronlar enerji fazlalığı oluşturarak X-ışını üretir.
- Anotta oluşan ısınmayı önlemek için su soğutma sistemi kullanılır ve akım miktarı X-ışının şiddetini etkiler.
- 36:08XRD Analizi Sorusu
- Kütüphanede referansı bulunmayan malzemeler genellikle polimer malzemeler olup, amorf yapıları tanımlamak zordur.
- Amorf yapıların kütüphanede bilgisi olmadığı için, bu malzemelerin XRD analizini literatürde yapılmış çalışmalar referans göstererek tanımlama yapmak mümkündür.
- 36:54Seminerin Sonu ve Teşekkürler
- Bundan sonraki seminerler aynı şekilde devam edecek ve www.mertlab.yildiz.edu.tr adresinden veya merkez laboratuvarın sosyal medya hesaplarından takip edilebilir.
- Sunumda XR cihazını tanıtışında Feda Bey'e teşekkür edildi.
- 37:49XRD ve XRF Çalışma Prensibi
- XRD ve XRF her ikisinde de elementler analiz edilebilir, malzemenin formuna göre hem element olarak hem de oksit formunda tayin yapılabilir.