Doç. Dr. Atilla EVC N Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016blog.aku.edu.tr/evcin/files/2016/11/8.pdf · 5 Maddeninfizikselhalindedeğişimmeydana geldiğinde veya kimyasal reaksiyona

1

Doç. Dr. Atilla EVCİN

Malzemelerin Karakterizasyon MetodlarıKarakterizasyon Metodları aşağıdaki gibisınıflandırılır ;

• Termal Karakterizasyon Metodları• Mekanik Karakterizasyon Metodları• Kimyasal Karakterizasyon Metodları• Mikroyapısal Karakterizasyon Metodları• Yapısal Karakterizasyon Metodları• Reolojik Karakterizasyon Metodları• Fiziksel Karakterizasyon Metodları

• Termal Karakterizasyon Metodları

• Termogravimetrik analiz (TGA)• Diferansiyel termal analiz (DTA)• Termal şok direnci• Dilatometrik analiz

• Termal analizin; sıcaklık değişimlerininetkileşimleriyle bağlantılı olarak numuneözelliklerindeki değişimin analiz edilmesidir.

• Numune özellikleri olarak;• termodinamik (ısı, sıcaklık, entalpi, kütle, hacim

vb..),• malzeme özellikleri (sertlik, young modülü,

hassasiyet),• kimyasal bileşimi yada yapısı ifade edilmektedir.

TERM

OG

RAVİM

ETRİK

AN

ALİ

Z

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Doç. Dr. Atilla EVCİN Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016

http://www.novapdf.com


2

• TGA, ağırlığın yani numunenin kütlesinin,numunenin sıcaklığına ya da zamana göreölçümüdür.

• Numune genel olarak sabit sıcaklık değerindeısıtılır ya da sabit bir sıcaklıkta tutulur.

• TGA kontrollü örnekle doğrusal olmayansıcaklık programları da kullanılabilir. Sıcaklıkprogramı seçimi numune hakkında istenenbilgiye dayalıdır.

• Ayrıca TGA deneylerinde atmosfer; reaktif,inert ya da oksit olabilmesinden dolayı çokönemli bir işleve sahiptir.TE

RM

OG

RAVİM

ETRİK

AN

ALİ

Z

• TGA ölçümü kısaca bu mantığa dayanmaktadır.İki kolu bulunan hassas bir terazinin bir kolunaanaliz edilecek numune konulur. Bu kol vedolayısıyla numune, kontrollü atmosferdesıcaklık değiştirilmek suretiyle terazidemeydana gelen değişiklikler ‘balance controller’yardımıyla bilgisayara aktarılır.

• Kontrollü atmosfer veya kontrollü sıcaklık ;- Lineer bir rejimde ısıtma veya soğutma- İzotermal ölçümler- Isıtma, soğutma ve izotermal bölümlerinkombinasyonu ve numune davranışına göreseçilmiş sıcaklıklarda işlemler gibi modernyaklaşımlar anlamına gelmektedir.TE

RM

OG

RAVİM

ETRİK

AN

ALİ

Z

www.scribd.com

TERM

OG

RAVİM

ETRİK

AN

ALİ

Z

• TGA ölçümünün sonunda kütlenin ya da %kütlenin zamana ya da sıcaklığa karşıgrafiği TGA eğrileri olarak görüntülenebilir.

• Kütle değişikliği numunenin birkaç farklıyoldan malzeme kaybıyla yada onu saranortamla reaksiyona girmesiyle oluşur.

www.authorstream.comwww.teknolojishow.com

TERM

OG

RAVİM

ETRİK

AN

ALİ

Z





3

• TGA eğrilerinde adımları oluşturan, kütlekaybına sebep olan birçok farklı neden olabilir.• uçucu bileşenlerin buharlaşması;• kuruma• gaz emilimi ya da buharlaşması• hava yada oksijen ortamında metalin oksitlenmesi• inert gaz bulunan ortamlarda termal bozunma• organik bileşikler.• Heterojen kimyasal reaksiyonlar• Ferromanyetik malzemeler• sıcaklıkla bazı malzemelerin manyetik özelliklerin

değişimi

TERM

OG

RAVİM

ETRİK

AN

ALİ

Z

www.authorstream.com

TERM

OG

RAVİM

ETRİK

AN

ALİ

Z

• Diferansiyel termal analiz tekniği,numune ve referans madde arasındakisıcaklık farkım, uygulanan sıcaklığınfonksiyonu olarak incelemektedir.• Genelde, sıcaklık programıuygulanırken, numunenin sıcaklığıTs zamanla doğrusal olarak artacakşekilde, numune ve referans maddesiısıtılır.• Numune ve referans madde sıcaklığıarasındaki fark (T = Tr – Ts) izlenereknumune sıcaklığına karşı grafiğe alınır.

Diferansiyel Termal Analiz

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

Diferansiyel Termal Analiz

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z





4

Egzotermik ve Endotermik Reaksiyonlar

• Egzotermik: Isı veren• Endotermik: Isı Alan

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

Diferansiyel Termal Analiz (DTA)

Endotermik Reaksiyonlar:• Ergime• Buharlaşma• Süblimleşme• Dehidratasyon

Egzotermik Reaksiyonlar:• Kristalleşme (katılaşma)• Adsorpsiyon• Oksidasyon

Bir madde fiziksel halinde değişim olduğunda veyakimyasal bir reaksiyona girdiğinde ısı absorplar veyaısı verir. Hal değişimine bağlı olarak eşlik eden bu ısıldeğişimler Egzotermik ve Endotermik ısıl etkilerolarak bilinir.

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

DTA ve DSC en yaygın olarak kullanılan termalanaliz yöntemleridir. Her iki teknik denumunenin ısıtılması veya soğutulması esnasında(ağırlık kaybı oluşmaksızın) meydana gelen ısılolayların incelenmesi prensibine dayalıdır.

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

DTA ve DSC yöntemleriyle analiz edilen termalolaylar;• Katı- Katı faz değişimleri• Camsı Geçiş• Kristalleşme ve• Ergimedir.Yöntemde geçen diferansiyel terimi, numunedereferans malzemeye göre (referans malzemedetermal oluşum gerçekleşmez) oluşan değişikliklerinincelenmesi gerçekleştiği için kullanılır.

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z





5

Maddenin fiziksel halinde değişim meydanageldiğinde veya kimyasal reaksiyonagirdiğinde, sistem ısı absorplar (Endotermik)veya ısı açığa çıkar (Egzotermik). Sistemdeoluşan enerji değişiminin belirlenmesindeDTA ve DSC yöntemleri yaygın olarakkullanılır.Her iki yöntemde de deney örneğininbelirli koşullarda ısıtılması sırasındameydana gelen Entalpi değişimleri ölçülür.

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

Analiz edilen numune (S) ile referansnumune (R) aynı koşullarda ısıtılır.Isıtma sırasında numunede meydana gelenfiziksel hal değişimi veya kimyasalreaksiyonlar sonucunda numunenin sıcaklığı,referans malzemeye göre değişim gösterir.Sonuç olarak S ile R arasında ΔT kadarsıcaklık farkı oluşur.

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

I. Numunede meydana gelen ısıl değişim egzotermik esaslı → numunenin sıcaklığı, TS, referansın sıcaklığından, TR, daha yüksek, ΔT˃0

II. Numunede meydana gelen ısıl değişim endotermik ise → numunenin sıcaklığı, TS, referansın sıcaklığından, TR ,daha düşüktür , ΔT˂0

DTA cihazının çalışma prensibi ve şematik cihaz sistematiği. VTS veVTR , değerleri, numune ve referans numunenin sıcaklıklarını ölçen sensörlerin voltaj değerlerini gösterir.

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

Kimyasal Reaktivite (ChemicalReactivity):

• Bazı kimyasal reaksiyonlar katalizörlerkullanıldığında hızlanırlar. Katalizörün reaksiyonüzerindeki etkisi türü ve miktarına bağlı olarakdeğişir. Farklı katalizörlerin reaksiyona olanetkileri DTA yöntemi ile belirlenebilir.Böylelikle uygun katalizör seçimigerçekleştirilebilir.

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z





6

Cam Geçiş Sıcaklığı (Glass TransitionTemperature):

• Organik ve inorganikesaslı camsımalzemelerde rijityapıdan viskoelestikyapıya geçişin başlangıçsıcaklığı olan cam geçişsıcaklığı, Tg,– DTA– DSC veya– Termomekaniksel

yöntemleri ilebulunabilir.

DTA camsı seramik(Li2O–Al2O3–6SiO2)

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

Termogravimetrik Analiz (TG, DTA)

Termogravimetre, termal analitik tekniklerin eneskisidir. Özellikle polimerik sistemlerin analizçalışmalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.Analiz sırasında numunenin ağırlık kaybı belli biratmosferde, sıcaklığın bir fonksiyonu olarakölçülür.Çalışma atmosferi: Azot (N2)Oksijen (O2)Hava ve Helyum (He) olabilir.Ölçüm 25-1000°C’ ye kadar olan aralıkta gerçekleştirilir.

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

Dolomitin ısıl bozunumu772 oC’de görülen endotermik pik, dolomit mineralinde serbest halde bulunan MgCO3’ün ayrışmasını, 834 oC’de oluşan endotermik pik ise dolomitin ayrışması ile ilgilidir.CaMg(CO3)2→CaCO3+MgO+CO2D

İFER

AN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z

DTA-DSC Karşılaştırması• DTA tekniği kalitatif bir analizdir. Çünkü enerji

değişimlerinin sayısal değerler olarak vermez.• DSC kantitatif bir analizdir. Enerji değişimlerini

sayısal değerler olarak , W/g cinsinden verir.• DTA tekniği ile yüksek sıcaklıklarda (1500 oC)

analiz yapılabilir. DSC için bu değer 1600 oC’dir.

DİF

ERAN

SİY

EL T

ERM

AL

AN

ALİ

Z





7

Termal Şok Direnci Nedir?• Ani ısı değişimlerine karşı malzemenin

hasara uğramadan ve ağırlık kaybınaneden olmadan dayanmasına omalzemenin termal şok direnci adıverilir.

TERM

AL

ŞO

K D

İREN

Cİ

• Özellikle cam ve seramik malzemeler,oldukça düşük toklukları, düşük termaliletkenlikleri, (yüksek sıcaklıkkoşullarında kullanımlarını sağlayan)yüksek ergime sıcaklıkları nedeniyletermal şok sonucu oluşan hasarların sıkrastlandığı malzemelerdir.

TERM

AL

ŞO

K D

İREN

Cİ

• Malzemelerin bünyesinde oluşan ısılfarklılıkların (termal gradyan) farklıbölgelerde farklı miktarlarda genleşmedavranışına yol açması durumundatermal şok gerçekleşir.

TERM

AL

ŞO

K D

İREN

Cİ

• Termal şok hem gerilme hem degerinim ile açıklanabilir.

• Bazen ısıl farklılıkların yol açtığıgerilme söz konusu olan malzemenindayanımını aşarak çatlak oluşumunaneden olur.

• Oluşan çatlağı durduracak bir etkenyoksa ilerleyerek yüzeye ulaştığındaoluşan çatlaklar hasara yol açar.

TERM

AL

ŞO

K D

İREN

Cİ





8

Termal Şok Direnci

• Termal Şok Direnci ≈ σ.f k/E.α–σf: kırılma dayanımı–k: termal iletkenlik–E: Young elastisite modülü–α: Termal genleşme katsayısı

TERM

AL

ŞO

K D

İREN

Cİ

Termal Şok Riskini Azaltmada:

• Olabildiğince malzemede termalgradyan oluşumunu azaltmak,

• Soğutma (ve/veya) ısıtma hızınıazaltmak (genellikle daha yavaşsoğutma)

• Termal iletkenliğini arttırma• Termal genleşme katsayısını azaltma• Dayanımını arttırma• Tokluğunu arttırmaTE

RM

AL

ŞO

K D

İREN

Cİ

• Isı karşısında maddelerin boyutları sıcaklığa bağlıolarak değişimlere uğramaktadırlar. Dilatometrecihazı ile test edilecek olan maddenin, ısı karşısındagösterdiği boyut ve faz değişimleri biçim bozulması,yeniden kristalleşme ve sinterleşme gibi davranışlarıelektronik veya optik sistemler ile kaydedicilereaktarılır.

• Bir dilatometre bir fiziksel ya da kimyasal sürecinsonucu hacim değişimleri ölçen bir bilimsel araçtır.

• Başka bir deyişle bir malzemenin sıcaklık karşısındabünyesinde meydana gelen boyutsal değişimlerin(genleşme ve büzülme) ölçümünde kullanılır.

• Tamamen bilgisayar kontrollü dilatometre cihazı 0,1-50 C/dk ısıtma hızları ile 1500 C'ye çıkabilmektedirTE

RM

AL

GEN

LEŞM

E

• Dilatometre tipik olarak, test numunesini ısıtmaiçin fırın ve test ortamındaki mekanik yada optikölçümü yapabilecek ölçüm cihazından oluşur

• Özellikle lineer dilatasyon termoplastik malzemekatsayısı ölçmek için tasarlanmıştır.

• Farklı malzemelerin genleşme katsayısınıbelirmek amacıyla uzun yıllardır kullanılan birprosestir. İlk zamanlar proses metallerin uzamaveya çekme davranışının belirlenmesi içinkullanılırken son zamanlarda seramikmalzemelerin sinter prosesi sırasındakibüzülmelerin incelenmesinde kullanılmaktadır.TE

RM

AL

GEN

LEŞM

E





9

• Dilatometre temel olarak iki kısımdan meydana gelir, ölçme sistemi yol kaydedici ve numune artışını ölçer, diğer kısım ise fırındır. Kullanılan fırın -170C ile 2300 C arasında çalışabilir.

• Dikey ve yatay türde dilatometreler mevcuttur. Diferansiyel dilatometreler 1750ºC’ye kadar ölçüm yapabilir. Dilatometre dikey formdadır. Dikey forma sahip olması numunenin sürtünmesini engeller. Dilatometreler, vakum ve koruyucu gaz altında çalışabilir.

• Dilatometrelerde doğru ve net sonuç alabilmek için düzeltme faktörü göz önüne alınmalıdır. Düzeltme faktöründe platin, safir, wolfram, Kuvarz, Bor-silikat cam veya Bakır kullanılır. Düzeltme deneyleri aynı şartlar altında (ısıtma hızı, numune tutucusu, fırın tipi, atmosfer, ısı iletim kabiliyeti, numune geometrisine) sahip olmalıdır.

TERM

AL

GEN

LEŞM

E

• Dikey dilatometrelerde, referans malzemesi ile numune aynı anda ölçülebilir.

dilatometre (tek numune) Mutlak dilatometre (referans mlz’li)

Referans malzeme Sıcaklık aralığı (CTE) 10E-1 (K-1)

Borosilikat -193°C bis 1407°C 4

Quarz -193°C bis 1727°C 0,5

Kupfer -253°C bis 1527°C 17

Platin -120°C bis 1620°C 10

Saphir -120°C bis 1727°C 9,5

Wolfram -196°C bis 1527°C 4

TERM

AL

GEN

LEŞM

E

• Sıcaklığın fonksiyonuyla ne kadar malzeme genleşmesi olduğu, termal genleşme katsayısı ile hesaplanabilir.

• Seramiklerin, camların, metallerin, karbon kompozitlerin, sermetlerin, minerallerin, ve sıcaklığın fonksiyonu olarak polimerlerin boyutsal değişiklikleri ölçmek için tasarlanmıştır.

TERM

AL

GEN

LEŞM

E

• Dizayna bağlı olarak iki farklı gruba ayrılır, yatay ve dikey dilatometreler.

• Yatay dilatometrelerde numune zemine göre paralele, dikey dilatometrelerde ise dik ölçüm alır.

• Ayrıca Mutlak ve Diferansiyel Dilatometreler de vardır. Mutlak dilatometrede 1 numune üzerinde ölçüm alınır.

• Diferansiyel Dilatometrede ise Numune + Referans malzemesi vardır ve karşılaştırmalı ölçüm yapılır. Hasasiyeti daha yüksektir.

TERM

AL

GEN

LEŞM

E





10

Yatay Dilatometre

Dikey Dilatometre

Yatay dilatometrelerde eğim problemisöz konusudur ve bu yüzden sıkıntılıdır.

Dikey dilatometre ise daha doğru sonuçlar verir. Herhangi bir eğim problemi görülmez, ağırlık noktası merkezin içindedir.

TERM

AL

GEN

LEŞM

E

Bir dilatometrenin ölçme sistemi numune alma borusu ve yol kaydedicisinden meydana gelir. Yol kaydedici itme kolu üzerinden boy uzamasının tespit edilmesini

sağlar.

Dilatometre sisteminde termo element numune tutucusu ile birlikte hareket eder ve böylece

numunenin aktuel sıcaklığını ölçer.

TERM

AL

GEN

LEŞM

E Dilatometre ile belirlenebilecekler:• Camsı geçiş sıcaklığı• Lineer termal genleşme• Sinter-sıcaklıkları ve sinter-adım• Faz değişiklikleri• Yanma süreçlerinin optimizasyonu• Isıl genleşme katsayısı tayini• Katkı Etkisi• Hacim değişimleridir.

TERM

AL

GEN

LEŞM

E

Mekanik Karakterizasyon Metodları

3 nokta 4. nokta eğme mukavemetiBasma mukavemetiÇekme mukavemetiYoung modülü





11

3 no

kta-

4 no

kta

eğm

e m

ukav

emet

i• Geniş anlamıyla dayanım bir

malzemenin biçim değiştirmeye olandirencidir.

• Değişik dayanım ölçüm yöntemlerifarklı dayanım değerleri verir.

• Bu nedenle bir malzeme için verilendayanım değerleri ancak yapılandayanım ölçümünün cinsi bilinirseanlamlıdır.

• Seramiklerde kullanılan en önemlidayanım deneyleri arasında çekme,basma, üç nokta eğme ve dört noktaeğme deneyleri bulunur.

• Üç nokta veya dört nokta eğilmedeneyleri için gereken örnekler çekmeörneklerinden daha basit bir biçimesahiptir ve elmas kesme diski ilehazırlanabilirler.

• Yük üç veya dört noktadan uygulanırve parçayı eğmeye çalışır. İsteneyükleme hızı genellikle 0.5mm/dak ve1.0 mm/dak arasındadır.

3 no

kta-

4 no

kta

eğm

e m

ukav

emet

i

3 no

kta-

4 no

kta

eğm

e m

ukav

emet

i3

nokt

a-4

nokt

a eğ

me

muk

avem

eti





12

3 no

kta-

4 no

kta

eğm

e m

ukav

emet

i3

nokt

a-4

nokt

a eğ

me

muk

avem

eti

3 nokta eğilme deneyi ile alınan sonuçlar 4 nokta eğilme deneyindekine göre daha yüksektir

Mikroyapı Karakterizasyon Metodları

Optik mikroskopTaramalı elektron mikroskop SEM

Mik

rosk

op-

opti

k m

ikro

skop

• Optik Mikroskop yüksek büyütmeleringerekmediği durumlarda kullanılır(1000x büyütmeye kadar) ve genel birmikroyapı görüntüsü elde edilir.

• Bu mikroyapı görüntüsü ürünleringenel tane boyut ve por dağılımıhakkında bilgi verir.





13

• Optik mikroskop, temelde ikimercek sisteminden oluşur. Bir teksistemin (objektif) verdiği görüntü,ikinci bir sistemle (oküler) daha dabüyütülür.

• Böylece, bir büyüteçle eldeedilebilenden çok daha yüksek birbüyütme gücü sağlanır. Mikroskop,bilim ve teknolojide geniş kullanımalanı bulunur.

Mik

rosk

op-

opti

k m

ikro

skop

• Oküler, farklı büyütmelere sahip, gözegelen tarafta bulunan yakınsak birmercekten ibarettir.

• Objektifin meydana getirdiği gerçekgörüntüyü büyüterek zahiri bir görüntüverir.

• Objektif ise cisme yakındır, cisminbüyütülmüş ters görüntüsünü verir.

Mik

rosk

op-

opti

k m

ikro

skop

• Büyütme dereceleri her ikisinde farklıbüyüklüklerde olabilir.

• Mesela, bir ışık mikroskobunda objektifbüyütmesi, 100x,40x,10x olabildiğigibi, oküler büyütmesi de 5x, 10x, 20xolabilir.

• (Büyütmeler x işaretiyle belirtilir.)

Mik

rosk

op-

opti

k m

ikro

skop

Optik mikroskop

Mik

rosk

op-

opti

k m

ikro

skop





14

Optik mikroskopM

ikro

skop

-op

tik

mik

rosk

opM

ikro

skop

-op

tik

mik

rosk

op• Mikroskopta görüntü oluşumunu

etkileyen faktörler vardır. Bunlar;• Işık miktarı• Odaklanma• Çözünürlük• Kontrast

Mik

rosk

op-

opti

k m

ikro

skop

Işık Miktarı

Mik

rosk

op-

opti

k m

ikro

skop





15

OdaklanmaM

ikro

skop

-op

tik

mik

rosk

op

Çözünürlük

Mik

rosk

op-

opti

k m

ikro

skop

Kontrast

Mik

rosk

op-

opti

k m

ikro

skop

• Toz karakterizasyonu açısından mikroyapının belirlenmesinin önemi bir haylibüyüktür.• Tozların mikro yapısalkarakterizasyon metotlarından birisiolan taramalı elektron mikroskobu bualanda en iyi sonuçlar veren mikro yapıfotoğrafları çeker.

•Bu yüksek çözünürlüklü fotoğraflar10x-1000000x arasında büyütme oranısayesinde mikro yapı hakkında çokgeniş bilgilere sahip olunur.S

EM T

aram

alı E

lekt

ron

Mik

rosk

op





16

Scanning Electron Microscope(SEM)

Genel olarak Sem’lerin çalışma prensibi numunemiz (anot) ‘a gönderilecek olan yüksek enerjili ışının numuneyle çarpışması ve etkileşimi sonucunda ortaya çıkan x-ışınları dedektörler tarafından tutulur.

Bir taramalı elektron mikroskobunda görüntü oluşumu temel olarak; elektron demetinin incelenen örneğin yüzeyi ile yaptığı fiziksel etkileşmelerin (elastik, elastik olmayan çarpışmalar ve diğerleri) sonucunda ortaya çıkan sinyallerin toplanması ve incelenmesi prensibine dayanır. Sem’ler kristalografik bilgi, morfoloji, şekil, boyut ve malzemenin bileşimi hakkında pek çok bilgi verir.

Taramalı elektron mikroskobu yüksek çözünürlüklü resim oluşturmak için vakum ortamında oluşturulan ve aynı ortamda elektromanyetik lenslerle inceltilen elektron demeti incelenerek analiz yapılır.

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop

Elektron Tabancaları :•Tungsten Tabanca•LaB6 (lantanyum hekzaborür) Tabanca (Tungsten tabancaya uç olarak)•Feg Tabanca •Termoiyonik Tabancalar

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop





17

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop

Vakum:

Sem’lerde vakum ortamı oluşturulmazsa çalışma mümkün olamaz. Vakum çok önemlidir, basınçelektron tabancasının çalışmasını engellemeyecek kadar düşük olmalıdır aksi takdirde elektron yayan yüzeyler (tabanca) korozyona uğrar.

Sem’le yüksek çözünürlüklü fotoğraf elde etmek için en önemi kriter geri saçılan elektronların, X-ışınlarının, ve ikincil elektronların detektörlerle tutulmasıdır.

SEM’lerde difüzyon pompası kullanılır ve bazen de rotary pompalarla desteklenebilir.Yüksek vakum için FEG-pompaları kullanılabilir ancak eğer tungsten tabanca yerine Feg tabanca kullanılmışsa buna ihtiyaç duyulur.

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop

İkincil elektronlar: Düşük enerjili elektronlardır .Dedektöre 100-300 voltluk voltaj uygulanmasıyla kolaylıkla elde edilebilirler. İkincil elektronlar sayesinde incelenen bölgenin 3D Görüntüsü (topografyası) elde edilir.

Geri Saçılan Elektronlar: Bu elektronlar sayesinde numunenin atom numaraları hakkında bilgi verir. Atom numarası küçük olan elementler daha az sayıda elastik elektron yansıtır ki bunun en büyük sonucu olarak da resimde düşük parlaklık elde edilir. Atom numarası büyüdükçe SEM fotoğrafında parlaklık artışı olur bunun sonucunda kontrast olarak görüntü elde edilir.

Sem’de görüntü elde etmenin en büyük fayda sağlayıcılarından birisi de EDS ve WDS detektörlerdir. Taramalı elektron mikroskobuna geri saçılan ve ikincil elektronları karakterize etmenin dışında X-ışınlarını da yakalayıp görüntü elde etmek için kullanılabilirler.

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop





18

EDS (Energy Dispersive Spectrometry)

Numuneden gelen X-ışınları yarı-iletken detektör tarafındanalgılanır, numune yüzeyindeki her bir nokta için elementleringöreceli oranı resme aktarılır.Soldaki resimlerde Sem fotoğrafıyla EDS analizi yapılmışnumunenin renklendirilmiş kontrast farkı eds dedektörütarafından net bir şekilde ortaya konulmuştur.

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop

WDS (Wavelength Dispersive Spectrometry)

Kristalde kırılan x-ışınlarının ancak Bragg koşulunusağlayan dalga boyuna sahip olanları güçlü bir şekildeyansıtılır ve dedektör tarafından algılanır.Böylece çokönemli bir fark olarak enerjilere göre değil dalga boylarınagöre sınıflandırma yapılmış olunur.

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop

• Ortaya çıkan fotoğraflar toz incelemesiaçısından çok önemli bir yere sahiptir.Fotoğrafların görüntü boyutları 10nm-1nmarasında mükemmel büyütme oranıyladeğerlendirme imkânı sağlar.• Karakterize etmek istediğimiz tozunSem’de fotoğrafı elde edildikten sonra,topografik, morfolojik, kristalografikbilgilerini elde etmek Sem fotoğrafıinceleme açısından biraz bilgili olmakkoşuluyla ayrıca karakterize ettiğimiz tozhakkında genel bir bilgi sahibi olunmasıhalinde daha da kolaylaşacaktır.

SEM

Tar

amal

ı Ele

ktro

n M

ikro

skop





19

• Fiziksel Karakterizasyon Metodları

Civa porozimetresiyle bulk yoğunluğun ölçümü Sinterlenmiş bir örneğin bulk yoğunluğunun

hesaplanması Açık gözeneklilik ve gözenek boyut dağılımının

ölçümüHidrostatik ağırlık yardımıyla toplam

gözenekliliğin hesaplanması Lazer difraksiyon metoduyla tane boyut

ölçümüGaz adsorpsiyonu yardımıyla spesifik alanın

ölçümü Zeta potansiyel ve mobilite ölçümü

Civ

aPo

rozi

met

resi

• Civa porozimetresi, toz veya yığınsal

numunelerde por boyutu, por boyut

dağılımı ve yüzey alanı ölçümleri ile

kütlesel yoğunluk tayininde

kullanılmaktadır.

• Bu yöntemin çalışma prensibi, civanın

ıslatıcı olmaya özelliğine bağlıdır.

• Civa birçok sıvının aksine katı

yüzeylerin bir kısmı ile 90° den büyük

temas açısı (θ) yapar.

• Civa bu özelliğinden dolayı belli

büyüklüğün altındaki gözeneklere

kendiliğinden ulaşamaz.

• Dolayısıyla civanın gözeneklere girmesi

gerçekleştirilir.

Civ

a Po

rozi

met

resi

• Numune, ölçüm hücresine yerleştirildikten

sonra sistem vakuma alınır ve hücreye

civa doldurulur.

• Cihaz, uygulanan basınca karşı hücrede

azalan cıva miktarını, hücre uçları

arasındaki kapasitans değişiminden tayin

eder.Civ

a Po

rozi

met

resi





20

• Por boyutu ise basıncın fonksiyonu olarak

hesaplanır.

• Cihazda ölçülebilir por boyut aralığı: 0-50

psi basınç aralığında 900 - 4.26 μm, 0-

1500 psi basınç aralığında 10.66 - 0.142

μm ve 0-maksimum basınç aralığında

10.66 - 0.0036 μm'dir.Civ

a Po

rozi

met

resi

Civalı Porozimetre Cihazı

Civ

a Po

rozi

met

resi

• Uygulanan basınç ile gözenek çapı arasındaki ilişki Washburndenklemi ile elde edilmektedir:

D= (-4γ.cosθ)/P

P : basınçD : gözenek çapıγ : civanın yüzey gerilimiθ : civa ile gözenek duvarı arasındaki temas açısıdır. (Genellikle 140°)

Civ

a Po

rozi

met

resi

• Porozimetre, düşük basınç (50psi’a kadar) ve

yüksek basınç (60000 psi’a kadar) olmak üzere

iki örnek haznesine sahiptir.

• Ölçümler için çeşitli boy ve çapta

penetrometreler (örnek hücreleri) kullanmak

mümkündür. Cihazda 950 mikron ile 0.0036

mikron arasındaki gözenek çapları

ölçülebilmektedir.

Civ

a Po

rozi

met

resi





21

• Porozimetre bilgisayar kontrollüdür.

• Ölçümler granül, pelet ve katı madde

parçaları üzerinde yapılabilmektedir. (Toz

numuneler, ölçüm için pelet haline

getirilerek teslim edilmelidir) En büyük

partikülün çapı 8 mm'den fazla

olmamalıdır.)Civ

a Po

rozi

met

resi

Uygulamalar• Gözenekliliğin belirlenmesi,

• Gözenek hacmi dağılımı,

• Gözenek boyutu dağılımı,

• Yüzey alanı dağılımı,

• Parçacık boyutu dağılımı,

• Yığın (bulk) yoğunluğu ve görünür

yoğunlukCiv

a Po

rozi

met

resi

Kullanım Alanları• Civa porozimetresi

– katalizör,

– seramikler,

– mineral ve maden ürünleri,

– sinterlenmiş materyal,

– yapı malzemeleri,

– gıda ürünleri,

– petrol kayaçları,

• gibi malzemelerin gözeneklilik ve boyutsuz hacim

dağılımlarının hesaplanmasında kullanılmaktadır.

Civ

a Po

rozi

met

resi

-iyon değiştirici reçineler,

-biyolojik implantlar,

-membranlar,adsorbanlar,

-aktif karbon, zeolit,

-ilaç hammaddeleri,

-metalurjik tozlar,

-aşındırıcılar ve polimerler

LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ

• Bu teknik uygulanarak tane boyutununbelirlenmesi, tanelerin lazer ışınınıkırarak yansıttıkları ve kırılma açısınıntane büyüklüğü ile ters orantılı olduğuesasına dayanır.

• Başka bir deyişle, lazer ışınlarını, büyüktaneler küçük açıyla, küçük taneler isebüyük açıyla kırmaktadır.

GAZİ ÜNİVERSİTESİ Fen Bilimleri Dergisi17(2): 105-113 (2004)





22

TANE BOYUTUNUN KIRINIM AÇISINA ETKİSİ


LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ

• Toz ve mineral endüstrisinde, 0,05 – 2000mikron aralığındaki tanelerin boyutlarınınbelirlenmesinde gittikçe tercih edilen veyaygınlaşan bu yöntem, su ve ayrıştırıcımadde ile karışmış halde bulunan zemintanelerinin uygun bir düzenek vasıtasıylaözel bir hücrenin içerisine pompalanmasıve lazer ışınlarının önünden geçirilmeprensibine dayanır.


LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ• Tane büyüklüğü belirlenecek numune,

içerisinde ayrıştırıcı madde ve su bulunanüniteye boşaltılır.

• Yapışık ve kümeleşmiş taneleri ayrıştırmakiçin kullanılan ayrıştırıcı maddeye ilaveolarak, cihazın ünitesi üzerinde bulunanmekanik karıştırıcı ve “ultrasound”çalıştırılarak tanelerin tamamen ayrışmasısağlanır.

• (Ultrasound, numune ünitesinde bulunanzemin–su karışımının içine yüksekfrekanslı ses dalgaları vererek, tanelerititreştirerek ve ayrışmalarını sağlar)


LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ

• Cihaza bağlı bulunan bilgisayar ekranından“obscuration” (kararma) miktarı izlenerek%15 ile 30 arasında olacak şekildenumune ilave edilir.

• Böylece, deneyde kullanılacak numunemiktarı (genellikle yarım çay kaşığı kadar )bilgisayar ekranından eş zamanlı (on-line)olarak takip edilmek suretiyle ayarlanır.

• Üniteye bağlı pompa vasıtasıyla,su+ayrıştırıcı madde ile karışmış haldebulunan taneleri, özel bir hücrenin içinegönderir.


LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ





23

• Bu sırada, numune hücresinin önündebulunan mercek (Fourier transform lens)ve arkasında bulunan ölçüm bandı (veritoplayıcı dedektör) sayesinde tanelerdenkırılarak yansıyan ışınlar toplanarak süreklideğerlendirmeye tabii tutulur.

• Tanelerden kırılarak yansıyan ışınlarınölçüm bandı üzerinde hangi halkanın içinedüştüğü eş-zamanlı çalışan bilgisayartarafından değerlendirilerek ortalamahacimler hesaplanır ve tane boyutlarıbelirlenmiş olur.


LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ

• Lazer difraksiyon tekniğinin en önemli farkı,tanelerin çaplarını ve dağılımını hacimesasına göre belirlemesidir.

• Dedektörün üzerine düşen ışınlardan yolaçıkarak, veri toplayıcı sistem sayesindetanelerin hacimleri hesaplanmakta vesonuçlar buna göre sunulmaktadır.

• Eleme ve sedimantasyon tekniğinde ağırlıkesasına göre dağılım belirlendiğihatırlanacak olursa bunun önemli bir farkolduğu görülecektir.


LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ• Lazer difraksiyon tekniği tane çaplarını

hesaplarken “eşdeğer hacim” yadabaşka bir ifadeyle “eşdeğer küre”teorisini kullanmaktadır.

• Eşdeğer küre teoremi, parçacığınboyutları dışında başka bir özelliğininölçülmesi ve bu parçacığın gerçek şekline olursa olsun, parçacığı küreymiş gibivarsayarak ölçülen özellikten parçacıkçapının hesaplanmasıdır.

LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ

• Parçacığı küre varsaymanın nedeni ise,tek bir sayıyla tam olarak ifadeedilebilen tek şeklin küre olmasıdır.

• Kürenin çapı bilinirse, yüzey alanı vehacim gibi diğer özellikleri dehesaplanabilmektedir.

• Bu teorem, proteinler gibi karmaşıkyapıların yüzey özellikleri hakkında bilgiedinmede kullanılır

BİYOKÜRE.COM LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ





24

LAZE

R D

İFR

AK

SİY

ON

TEK

NİĞ

İ

• Atom, iyon ya da moleküllerin bir katıyüzeyinde tutulmasına adsorpsiyon,

• tutunan taneciklerin yüzeydenayrılmasına desorpsiyon,

• katıya adsorplayıcı (adsorbent),• katı yüzeyinde tutunan maddeye ise

adsorplanan (adsorben)adı verilir.B

ET Y

ÜZE

Y A

LAN

I• BET cihazı toz veya yığınsal

numunelerde yüzey alanı ölçümleri ilenano, mezo ve makro por boyutu vepor boyut dağılımı analizlerindekullanılmaktadır.

• Ölçüm, katı maddelerin yüzey enerjilerinedeni ile atmosferdeki gazmoleküllerini adsorplama prensibiüzerine kuruludur.

BET

YÜ

ZEY

ALA

NI

• Cihaz, numune yüzeyini tek birmoleküler tabaka kaplamak için gerekligaz miktarını tayin etmekte veBrunauer, Emmett ve Teller (BET)teorisini kullanarak yüzey alanınıhesaplamaktadır.

BET

YÜ

ZEY

ALA

NI





25

• Bir maddenin gaz adsorpsiyonuyla yüzeyalanı ölçüleceği zaman o maddeden alınanbir miktar numuneyi yüzey alanı 16.2 A2

olan azot gazıyla aynı tüp içerisinekoyulur.

• Bu azot gazı numunenin tüm yüzeyinetutunur ve boyutu çok küçük olduğu içinnumunenin mikro çatlaklarından içeriyenüfuz ederek çapı en küçük olan mikroporların yüzeyini bile kaplar.

BET

YÜ

ZEY

ALA

NI

• Kaç tane azot atomu varsa onu azotatomu yüzey alanı değeriyle çarptıktansonra gerekli birim dönüşümlerini yapıpm2/g cinsinden yüzey alanı değerineulaşmış oluruz.

• Günümüzde yüzey alanı ölçümü buprensipten yararlanılarak otomatikcihazlar tarafından hızlı, pratik ve kesinsonuçlar verecek şekilde yapılmaktadır.

BET

YÜ

ZEY

ALA

NI

BET

YÜ

ZEY

ALA

NI

BET

YÜ

ZEY

ALA

NI





26

• Zeta Potansiyel Ölçümü

Zeta potansiyel, taneler arasındaki itme veyaçekme değeri ölçümüdür.

Zeta potansiyel ölçümü dağılma mekanizmalarıile ilgili ayrıntılı bilgi verir ve elektrostatik dağılmakontrolünün anahtarıdır.

Belli bir yükteki tane, süspansiyon içerisindekikarşı yükteki iyonları çeker, sonuç olarak, yüklütanenin yüzeyinde güçlü bir bağ yüzeyi oluşur vedaha sonra da yüklü tanenin yüzeyinden dışadoğru yayılmış bir yüzey oluşur.

ZETA

PO

TAN

SİY

ELİ

Yayılmış bu yüzeyiçerisinde "kaymayüzeyi" diyeadlandırılan bir sınırbulunur. Yüklü taneve onun etrafındabulunan iyonlarınkayma yüzey sınırına kadar olan kısım tek birparça olarak hareket eder.Bu kayma yüzeyindeki potansiyel zeta potansiyeliolarak isimlendirilir ve hem tanenin yüzeyyapısından hem de içinde bulunduğu sıvınıniçeriğinden etkilenir.Tanelerin polar sıvılar içerisindeki davranışlarınıyüzeylerindeki elektrik yükü değil, zeta potansiyeldeğerleri belirler.

ZETA

PO

TAN

SİY

ELİ

Katı-sıvı karışımları ve kolloidlerTane boyu aralığı 2 nm-3 µm 3 nm-10 µmMinimum örnek hacmi 12 µl 0.75 mlUygulamalar

• Polimer ve proteinler (Topluluk ölçümleri)• Nanotaneler• Emülsiyon kararlılığı (Tane boyu ve Zeta

potansiyel)• Pigmentler (Pigment rengi ve tonu tane boyuna

bağlıdır)• Atık su arıtımı (Atık suyun içindeki tanelerin

topaklandırılma koşulları)• Seramik prosesleri ( Seramik

süspansiyonlarının dağılma kalitesi)• Sıvı mürekkep ve tonerler

ZETA

PO

TAN

SİY

ELİ

Kimyasal Karakterizasyon Metodları

Kimyasal bileşim XRD XRF SpektrometriEDX EDS





27

X-Işınlarının Tarihi• Günümüz görüntüleme

yöntemlerinin temelini oluşturanve tıp biliminde yeni bir çağaçan X-ışınları 1895 yılındaAlman Fizik Profesörü WilhelmConrad Röntgen tarafındankeşfedilmiştir.

• 1888 yılında WürzburgÜniversitesi'ne geçen Röntgen,X-ışınlarını 8 Kasım 1895'te buÜniversitede çalışırkenbulmuştur.

• O tarihte Röntgen; bir Crooks tüpünüindüksiyon bobinine bağlayarak, tüpten yüksekgerilimli elektrik akımı geçirdiğinde, tüptenoldukça uzakta durmakta olan cam bir kavanoziçindeki baryumlu platinsiyanür kristallerinde birtakım pırıltıların oluştuğunu gözlemiş; bu türpırıltılara neden olan ışınlara, o ana kadarbilinmemesinden dolayı "X-ışınları” adınıvermiştir.

1901 yılında Fizik Nobeli kazanmıştır Roentgen’s apparatus for studying the ionization of

air by X rays, 1906.

Yeni doğmuş tavşan röntgeni

İlk X-Işını denemeleri Ünlü anatomist Albert von Kölliker ‘in eli.





28

X-Işınları ve Özellikleri• X-ışınları yüksek enerjili elektronların

yavaşlatılması veya atomların iç yörüngelerindeki elektron geçişleri ile meydana gelen dalga boyları 0.1-100 Å arasında değişen elektromanyetik dalgalardır.

• X-ışınları çok giricidirler.• Çelik ve kurşun gibi ağır atomları ve molekülleri

olan malzemeler gama ve x-ışını radyasyonu için en etkin zırhlamayı sağlar

Neden sadece kurşun radyoaktif ışınları geçirmez? • Bir maddenin x veya gama ışınlarını

durdurabilme yeteneği; atomlarının sahip olduğu elektron sayısıyla ilişkili;

• Bu da çekirdeklerdeki proton sayısına eşittir.

• Dolayısıyla; kurşun gibi yüksek atom numarasına sahip çekirdekler, x ve gama ışınlarını durdurmakta daha etkilidirler.

X-Işınlarının Oluşumu X-ışınları, doğal X-ışınları ve yapay X-ışınları olmak

üzere iki şekilde meydana gelir

Doğal X-Işınları: Atom çekirdeği tarafından K enerjikabuğundan elektron yakalanması, alfa bozunumu,iç dönüşüm ve beta bozunumu olaylarıyla meydanagelir

Yapay X-Işınları: Maddenin; elektron, proton,parçacıkları veya iyonlar gibi hızlandırılmışparçacıklarla etkileşmesinden ya da X-ışını tüpündenveya başka bir uygun radyoaktif kaynağından çıkanfotonlarla etkileşmesinden meydana gelir.





29

X-Işını Tübü X-ışınları yüksek vakumlu bir cam hazne içinde

oluşturulabilir. Anot ve katot olmak üzere iki adetelektrot mevcuttur. Anot, platin, tunsten gibiyüksek erime noktalı ağır metalden yapılır. Katotısıtılıp, iki elektrot arasına yüksek bir potansiyelfarkı uygulandığında, elektron demetleri (katotışınları) katottan anoda doğru ivmelenir ve anodaçarptıklarında X-ışınlarını üretirler.

Vakumlanmış cam hazne

Anot Katot

X-Işını Spektrometresi Enerji Geçişleri• Kabuklar arasında meydana gelen elektron

geçişlerinin en sık rastlanılanları

2p (L) - 1s (K), Kçizgisi olarak bilinir

3p (M) - 1s (K), Kçizgisi olarak bilinir





30

X-Ray oluşumu

Electronlar ya M kabuğundan (K) yada L kabuğundan (K)gelebilir.

K en yoğun olanı (en yüksek enerjili)

X-rays

Target material - Cu

Electrons K

K

Fig. 8-

Filtreleme• XRD yönteminde monokromatik (tek

dalgaboylu) ışınıma ihtiyaç vardır.• Bu nedenle bir monokromatör

kullanılır• İstenmeyen ışınımların engellenmesi

için filtreler kullanılır• Genellikle Ni yada Be folyo

–Cu-K radyasyon geçişine müsaade eden

–K Haricindeki çoğu dalga boylarını bloklar

Filtreleme

Filtreden geçen X-ışınları

Filtrenin blokladığı X-ışınları

l = 1.5418 Å

• X-ışınlarının kristal düzlemleri tarafından kırınıma uğradığı 1912 yılında Laue tarafından gösterildi

• Kristal üzerine gönderilen sürekli bir X-ışını demeti kristal içinde kırınıma uğrar

• Kırınıma uğrayan ışıma belirli doğrultularda yoğunlaşır– Bu doğrultular kristalin

tabakalarından yansıyan dalgalar arasındaki yapıcı girişime karşılık gelir.

• Kırınım deseni bir fotoğraf filmi üzerine kaydedilir





31

X-Işını Kırınımı & BraggDenklemi

• İngiliz fizikçileri Sir W.H. Bragg ve oğlu W.L.Bragg, 1913 yılında kristal düzlemlerindenyansıyan X-ışınlarının niçin belirli açılarda gelenX-ışınları için gözlenebildiklerini açıklayan birbağıntıyı geliştirdiler.

• 1915 yılında Nobel ödülü aldılar

Sir William Henry Bragg (1862-1942),William Lawrence Bragg (1890-1971)

BRAGG DENKLEMİ W.L. Bragg kristallerin paralel atom

düzlemlerinden oluştuğunu göz önünealmıştır. Gelen dalgalar her bir düzlemdenayrı ayrı yansımaya uğrarlar.

Birbiri üzerine dizili pekçok “aynadan”yansımaya uğrayan ışık girişim desenlerioluşturur. (Gelen açı yansıma açısınaeşittir)

Bragg Denklemi DE mesafesi EF ile aynıdır böylece toplam yol

farkı:

Yol farkı dalgaboyunun tam katları şeklindeolduğunda yapıcı bir girişim meydana gelir.Buna Bragg Kırınım Yasası denir.

sinDE d

sinEF d

2 sinDE EF d

2 sinn d

X-Işınları Kırınımı İle Kristal Yapıların Tayini

• Kristallerde x-ışını kırınımı ve diğer kırınım (elektron ve nötron kırınımı) teknikleri ile sağlanan bilgiler şunlardır:

• Kristalin yapısını belirleme• Kristalin mükemmelliği veya fazın saflığını

belirleme• Kristalin doğrultularını belirleme• Kristalin örgü sabitlerini belirleme





32

X-Işınlarının Kullanım Alanları

• Düzlemler arası uzaklığı bilinen filmlerin X-ışınlarının kırınım deseninden yararlanıp Scherrer formülü kullanılarak tanecik büyüklükleri hesaplanabilmektedir.

• Aşağıda Scherrer formülü ile tanecik büyüklüğünün nasıl hesaplandığı görülmektedir:

BBD

cos89.0

Daha küçük kristaller daha geniş XRD pikleri üretirler

• Denklemdeki • l, kırınımda kullanılan x-

ışınının dalga boyu, • D toz taneciğinin çapı, • B değeri, kırınım deseninde gözlenen

maksimum piklerin yarı maksimumdaki genişliklerinin (FWHM de denir) radyan cinsinden değeridir,

• B dikkate alınan pikin Bragg yansıma açısıdır. Bu denklemden yararlanarak tanecik büyüklükleri tahmin edilebilir.

46.746.846.947.047.147.247.347.447.547.647.747.847.92 (deg.)

Inte

nsit

y (a

.u.)

Scherrer Formülü örnekAu Foil

98.25 (400)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

95 95.5 96 96.5 97 97.5 98 98.5 99 99.5 100 100.5 101 101.5 102

2 Theta

Cou

nts





33

Scherrer Formülü örnek

BBD

cos89.0

D = 0.89*λ / (B Cos B) λ = 1.54 Ǻ= 0.89*1.54 Ǻ / ( 0.00174 * Cos (98.25/ 2 ) ) = 1200 Ǻ

B = (98.3 - 98.2)*π/180 = 0.00174

Search/Match Dialog: Basic

Search/Match: Printout of Results (background restored)

Enerji dağılımlı X-ışını floresans teknoloji (ED-XRF) malzemelerin birçok türde kimyasal kompozisyonunun belirlenmesi için basit, ekonomik ve doğru analitik yöntemlerden birini sunar .[4]Çok az numune hazırlayarak tahribatsız ve güvenilir bir ölçüm yapılabilir.[4]Katı, sıvı ve toz numuneler için uygundur.[4]

Geniş bir yelpazede kullanılabilir ve ppm düzeyinde ölçüm yapılmasını sağlar, aynı zamanda kolaylıkla ve aynı anda % 100’e kadar konsantrasyonlarını ölçebilir. [4]

Element analizi ve kimyasal analiz için kullanılan bu yöntem özellikle metal, seramik ,cam ve yapı malzemeleri araştırmalarında kullanılır.[3]





34

X-ışınları Floresans (XRF) spektroskopisi maddelerinelement bileşimini belirlemede kullanılan önemliyöntemlerden biridir.[5]Saha uygulamaları ve malzemelerin kontrolü için endüstriyel üretim için tercih edilen bir yöntemdir. [2]

Hızlı, duyarlı, kullanım kolaylığı ve malzemeye zararözellikleri göz önüne alındığında teknolojik ve bilimselaraştırmadaki önemi daha da artmaktadır. [1]X-ışınları flöresans tekniği, genel olarak foton-madde etkileşmesi sonucu meydana gelen karakteristik X-ışınları ve saçılma fotonlarının nicel ve nitel değerlendirilmesine bağlı olarak uygulanan bir tekniktir.[1]

WDXRFWDXRF(dalga boyu dağılımlı X-ışını floresans) kristal kullanan bir analiz olduğundan, kırınım elde edilir. Kristal kafese özgü dalgaları boylarını seçer(Bragg Yasası).

Bir WDXRF spektrometresi sağladığı avantajlar:•Toplam uygulama esnekliği avantajlarını•En iyi ölçüm koşulları her eleman için programlanabilir•Mükemmel hafif element performansı•Çok yüksek hassasiyet ve düşük algılama sınırlar.[6]

EDXRF EDXRF(enerji dağılımlı X-ışını floresans) spektroskopisi kristal bir malzeme olmadan yapılır.Bir EDXRF spektrometresinde düzgün analiz için elektronik modül ve yazılıma dikkat edilmesi gerekir.Daha az hassas olanuygulamalar için düşük maliyetli sağlayan bir alternatiftir.[6]

X-ısınları ile bombardımana tabi tutulan numuneden elde edilen karakteristik x-ısınları analiz edilerek numunenin kimyasal analizi yapılır.[7]

Bazı uygulamalarda numune x-ısınları yerine protonlar veya yüksek enerjili elektronlar ile de bombardımana tabi tutulabilir.[7]

XRF çalışma prensibi; eğer atom X ışınları gibi yüksekenerjili bir radyasyonla uyarılırsa, bu yüksek enerji girişiyakın yörüngelerdeki elektronları daha yüksek enerjidüzeyine çıkarır. Uyarılan elektronlar ilk enerjidüzeylerine döndüklerinde kazanmış oldukları fazlaenerjiyi dalga boyu 0,1-50 Å olan X ışınları şeklinde geriverirler

. Elementlerin verdiği bu ışımaların dalga boyu herelement için farklı ve ayırtmandır.Diğer bir ifadeyle bu ışımalar o elementin parmak izigibidir.Işımanın dalga boyunun saptanmasıyla elementincinsi (nitel), saptanan bu ışının yoğunluğununölçülmesiyle element konsantrasyonu (nicel)belirlenmektedir.[5]





35

Atom numarası 4 (Be) den büyük olan elementler belirlenebilir.[7]

XRF sadece x-ışınları, aynı zamanda alfa parçacıkları, proton veya yüksek enerjili elektron ışınları gibi diğer birincil uyarım kaynakları kullanılarak üretilebilir. [2]

Materyal yüksek enerjili, kısa dalga boyu X ışınları ile uyarılır ve iyonize hale gelir.[8]

X ışını enerjisi elektron koparmak için yeterli olursa, atom kararsız hale gelir ve bir dış elektron eksik iç elektron yerine geçer.[8]

Bu durumda,dış elektron ile karşılaştırıldığında iç elektron azalmış bağlanma enerjisi nedeniyle serbest bırakılır. [8]

Yayılan X ışını ve birincil X-ışınları daha düşük enerjiliolduğundan bu olaya ‘’floresan radyasyon’’ denir.[8]

Basit yapısı ile Kristaller iyi kırınım performans vermek eğilimindedir. [3]

Ağır atom içeren Kristaller, iyi yayınım sağlar.[3]

Emprüte içeren su, uçucu çözünebilir veya organik kristaller kötü istikrar verme eğilimindedir.[3]

Bir kırınım için kristalden istenen özellikleri şunlardır:•Yüksek kırınım yoğunluğu•Yüksek dispersiyon•Dar tepe genişliği•Yüksek arka plan•Elemanlara müdahale olmaması•Düşük ısıl genleşme katsayısı•Hava ve X-ışınlarına maruz kalma stabilite•Düşük maliyetli

• Çoğu durumda özel bir numune hazırlama işlemine gerek duyulmaz.• ppm seviyesinde analiz yapılabilir• Analiz edilecek numune toz,kütlesel veyasıvı olabilir.

•Standard metotlar ile bilinmeyen inorganik materyaller, katı, sıvılar ve tozların nitel ve nicel analizleri•Kayaç ve minerallerin uluslararası standartlara uygun olarak kimyasal analizleri•Maden ve endüstriyel hammaddelerin komple kimyasal analizleri•Çimento, çimento hammaddeleri ve mineralojik katkı malzemeleri analizleri•Katı atıkların kimyasal analizleri





36

XRF normal atmosferde kullanılabilir vakum gerektirmez.

XRF numunesi iletken veya yalıtkan olabilir.

Arka plan sinyallerinin miktarının düsük olması (XRF de) elementleri temsil eden pikleri daha net elde etmemizi sağlar.

•Standard metotlar ile bilinmeyen inorganik materyaller, katı, sıvılar ve tozların nitel ve nicel analizleri•Kayaç ve minerallerin uluslararası standartlara uygun olarak kimyasal analizleri•Maden ve endüstriyel hammaddelerin komple kimyasal analizleri•Çimento, çimento hammaddeleri ve mineralojik katkı malzemeleri analizleri•Katı atıkların kimyasal analizleri•Petrol endüstrisi (ham petrol ve petrol ürünleri kükürt)•Çevre çalışmaları (hava filtreleri üzerinde partiküler madde analizleri)

•Metalurji (örneğin, kalite kontrol)

•Seramik ve cam üretimi

•Çimento üretim

•Tortul, magmatik ve metamorfik petroloji araştırma

•Madencilik (örneğin, cevher derecesi ölçme)

Bazı Uygulama Resimleri

•Genellikle büyük örnekleri,> 1 gram•Toz şeklinde hazırlanabilen etkili homojenize malzemeler•Bileşimi benzer, karakterize standartları mevcut malzemeler•Absorpsiyon ve floresans etkileri oldukça iyi anlaşılmış elemanları içeren materyaller

•Tipik kullanır, yağ ve yakıt, plastik, kauçuk ve tekstil, eczacılık ürünleri, gıda, kozmetik ve vücut bakım ürünleri, gübreler, mineraller, maden cevherleri, kayalar, kum, curuf, çimento, ısıya dayanıklı malzemeler, cam, seramik analizini kapsar gofret, kağıt, film, polyester ve metal kaplama belirlenmesi; metal alaşımlar, cam ve plastik malzemelerin kendi kurucu göre sıralama ve katı atık, atık, sıvılar, havuzları ve filtreler temizlik kontrolü.

•Toplu kimyasal analizler (Ba, Ce, Co, Cr, Cu, Ga, La, Nb, Ni, Rb, Sc, Sr, Rh, U, V, Y, Zr, Zn bolluklarının 1 ppm>)

•(Taşınabilir, el XRF spektrometre kullanılarak) jeolojik ve çevresel çalışmalarda alan analiz X-Ray floresan özellikle iyi içeren araştırmalar için uygundur.





37

Reolojik Karakterizasyon Metodları

Akış, tiksotropiViskoelastik parametreler





Documents

Doç. Dr. Atilla EVC N Afyon Kocatepe Üniversitesi © 2016blog.aku.edu.tr/evcin/files/2016/11/8.pdf · 5 Maddeninfizikselhalindedeğişimmeydana geldiğinde veya kimyasal reaksiyona