Patent Adı: Parçacık Topaklanmasını Önlemeye Yönelik Akış Sistemi
FMH Durumu: Tescilli Avrupa Patenti (EP3365627B1); ABD ve Türkiye patent koruma kapsamı
Teknoloji Alanı: Nanoteknoloji, Mikroakışkan Sistemler, Hidrodinamik Kavitasyon ve Termal Yönetim
TRL: TRL 4
Hidrodinamik kavitasyon temelli bu mikroakışkan sistem, nanoakışkanlarda nanopartikül topaklanmasını azaltmak ve parçacık dağılımının kararlılığını desteklemek amacıyla geliştirilmiştir. Tekrar kullanılabilir cihaz yapısı, nanopartikül içeren akışkanların fiziksel yöntemlerle işlenmesine olanak tanır. Teknoloji; gelişmiş soğutma, ısı transferi ve nanopartikül işleme uygulamalarında kullanılabilecek bir çözüm sunmaktadır.
Teknolojiye Genel Bakış
Nanoakışkanlar, su veya benzeri taşıyıcı sıvılara nanopartiküllerin eklenmesiyle oluşturulan ve özellikle gelişmiş ısı transferi uygulamalarında değerlendirilen malzemelerdir. Ancak nanopartiküllerin zamanla bir araya gelerek daha büyük kümeler oluşturması, akışkanın kararlılığını ve işlevsel özelliklerini olumsuz etkileyebilir. Bu mikroakışkan sistem, nanopartikül kümelerinin kontrollü akış koşullarında fiziksel olarak dağıtılmasını sağlayarak söz konusu soruna çözüm sunmaktadır.
Teknolojinin temelinde, nanoakışkanın özel olarak tasarlanmış dar akış kanallarından geçirilmesiyle oluşturulan hidrodinamik kavitasyon mekanizması bulunmaktadır. Akışkanın dar bir kesitten geçerek ani genişlemeye uğraması, yerel basınç değişimlerine ve kavitasyon kabarcıklarının oluşmasına neden olur. Bu kabarcıkların çökmesi sırasında ortaya çıkan fiziksel etkiler, bir araya gelmiş nanopartikül kümelerinin parçalanmasına ve parçacıkların sıvı içerisinde yeniden dağılmasına katkı sağlar.
Sistemin tasarımı, kavitasyonun oluştuğu bölgede ısıtma sağlayan akış kısıtlayıcı elemanlar içermektedir. Belirli konfigürasyonlarda ince film ısıtıcılar, plazmonik malzemeler ve yakın alan ışınımsal ısı transferi mekanizmaları kullanılabilmektedir. Bu yapı, parçacıkların dağılımını kontrol etmeye yönelik mekanik ve termal etkilerin birlikte değerlendirilmesine olanak tanır.
Teknoloji, nanopartiküllerin kararlılığını sağlamak için yoğun kimyasal yüzey aktif madde kullanımına dayanan yaklaşımlara alternatif bir fiziksel işlem yöntemi sunmaktadır. Nanoakışkanın cihaz içerisinden geçirilerek işlenmesi, özellikle akışkan özelliklerinin korunmasının önemli olduğu sistemlerde avantaj sağlayabilir. Tekrar kullanılabilir cihaz yaklaşımı, farklı nanopartikül içeren akışkanların işlenmesine yönelik uygulamaları da desteklemektedir.
İlk prototip, silikon bazlı mikrofabrikasyon yöntemleri kullanılarak geliştirilmiş ve laboratuvar ortamında çalıştırılmıştır. Cihaz mimarisi, üç boyutlu baskı ve polimer esaslı üretim yöntemlerine uyarlanma potansiyeli de taşımaktadır. Bu üretim seçenekleri, farklı akış kapasitelerine ve uygulama gereksinimlerine uygun cihaz tasarımlarının geliştirilmesine yönelik fırsatlar sunmaktadır.
Problem ve Endüstriyel İhtiyaç
Nanopartikül içeren akışkanlarda parçacıkların zaman içerisinde topaklanması, bu akışkanların endüstriyel kullanımının önündeki temel teknik sorunlardan biridir. Isıl döngüler, tekrarlanan kullanım ve akış koşullarındaki değişimler nanopartikül kümelerinin büyümesine neden olabilir. Bu durum, akışkanın homojenliğini bozarak ısı transferi performansını etkileyebilir, dar kanallarda tıkanmalara ve sistem yüzeylerinde parçacık birikimine yol açabilir.
Geleneksel yaklaşımlarda parçacıkların dağılmış halde tutulması için yüzey aktif maddeler veya kimyasal kaplamalar kullanılabilmektedir. Bununla birlikte, bu katkılar akışkanın fiziksel ve kimyasal özelliklerini değiştirebilir veya bazı uygulamalarda ek malzeme ve işlem gereksinimleri oluşturabilir.
Bu teknoloji, nanopartikül kümelerinin akış sırasında yeniden dağıtılmasını sağlayarak nanoakışkanların kullanım sürekliliğini desteklemeyi hedeflemektedir. Özellikle tekrarlanan akış döngülerinin bulunduğu sistemlerde, nanopartikül dağılımının korunmasına yönelik fiziksel bir işlem yaklaşımı sunmaktadır.
Temel Avantajlar
- Hidrodinamik kavitasyon ile parçacık dağıtma: Kavitasyon kabarcıklarının oluşturduğu fiziksel etkilerden yararlanarak nanopartikül kümelerinin ayrılmasını sağlar.
- Kimyasal katkı ihtiyacını azaltma potansiyeli: Parçacık dağılımının korunması için yoğun yüzey aktif madde kullanımına alternatif bir işlem yaklaşımı sunar.
- Nanoakışkan kararlılığının desteklenmesi: Parçacık topaklanmasının azaltılması yoluyla sıvı içerisindeki nanopartikül dağılımının korunmasına katkıda bulunur.
- Tekrar kullanılabilir cihaz yapısı: Nanopartikül içeren akışkanların cihaz içerisinden geçirilerek yeniden işlenmesine olanak tanır.
- Isı transferi uygulamalarına uygunluk: Nanoakışkanların parçacık dağılımına bağlı işlevsel özelliklerinin korunmasını hedefleyerek termal yönetim uygulamalarını destekler.
- Kompakt akış kanalı tasarımı: Mikro ölçekli akış kısıtlayıcı elemanlarla kontrollü kavitasyon oluşturulmasına imkân tanır.
- Farklı üretim yöntemlerine uyarlanabilirlik: Mikrofabrikasyonla geliştirilen tasarımın üç boyutlu baskı ve polimer esaslı üretim süreçlerine uyarlanması değerlendirilebilir.
Uygulama Alanları
- Nanoakışkanların hazırlanması ve yeniden dağıtılması: Nanopartikül kümelerinin ayrılması ve akışkan içerisindeki parçacık dağılımının iyileştirilmesi.
- Elektronik soğutma sistemleri: Nanopartikül içeren soğutucu akışkanların kullanıldığı ısı yönetimi düzenekleri.
- Isı değiştiriciler ve termal yönetim: Nanoakışkan kararlılığının önem taşıdığı ısı transferi uygulamaları.
- Soğutma ve iklimlendirme sistemleri: Nanoakışkan kullanan soğutma çevrimleri ve ilgili akışkan yönetimi uygulamaları.
- Mikroreaktörler ve mikroakışkan prosesler: Nanopartikül dağılımının kontrol edilmesi gereken küçük ölçekli akış sistemleri.
- Nanopartikül işleme sistemleri: Parçacık topaklanmasının azaltılmasına yönelik akış temelli işlem ve araştırma uygulamaları.
İlgili Sektörler
- Nanoteknoloji ve nanomalzeme üretimi
- Termal yönetim ve ısı transferi teknolojileri
- Elektronik ve elektronik soğutma sistemleri
- İklimlendirme, soğutma ve HVAC teknolojileri
- Mikroakışkan sistemler ve laboratuvar ekipmanları
- Endüstriyel proses ve akışkan teknolojileri
- Enerji sistemleri ve ileri soğutma uygulamaları
Teknoloji Hazırlık Seviyesi ve Doğrulama
Teknoloji, TRL 4 seviyesindedir. Silikon bazlı mikrofabrikasyon yöntemleriyle üretilmiş fiziksel bir prototip geliştirilmiş ve laboratuvar koşullarında çalıştırılmıştır. Bu prototip, hidrodinamik kavitasyon yoluyla nanopartikül kümelerinin dağıtılmasına yönelik çalışma prensibinin değerlendirilmesine olanak sağlamaktadır.
Gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, nanoakışkan içerisindeki parçacık kümelerinin boyut değişimleri ve kavitasyon etkileri incelenmiştir. Dinamik ışık saçılımı (DLS) ölçümleri, nanopartikül topaklanmasının değerlendirilmesine yönelik teknik veriler sağlamaktadır.
Mevcut teknoloji hazırlık seviyesini destekleyen laboratuvar çalışmaları tamamlanmış olup ek test ve doğrulama faaliyetleri devam etmektedir. Endüstriyel kullanım koşullarında performansın değerlendirilmesi ve alternatif üretim yöntemlerinin geliştirilmesi, sonraki teknoloji geliştirme aşamalarında ele alınabilecek konulardır.
Fikri Mülkiyet
Teknoloji, EP3365627B1 numaralı tescilli Avrupa patenti ile korunmaktadır. Aynı patent ailesinde US10837604B2 numaralı tescilli ABD patenti de bulunmaktadır. Patent koruma kapsamı Amerika Birleşik Devletleri ve Türkiye'yi içermektedir.
Öncelik Tarihi: 22 Ekim 2015
Avrupa Patent Başvurusu: EP15823213.2
Avrupa Patentinin Tescil Tarihi: 10 Temmuz 2019
Patent Sahipleri: Sabancı Üniversitesi ve Özyeğin Üniversitesi
Patent ve teknik ayrıntılara EP3365627B1 patent kaydı üzerinden ulaşılabilir.
Ticarileştirme Durumu
Teknoloji, fiziksel prototipi mevcut geliştirme aşamasındadır ve lisanslamaya açıktır. Laboratuvar ortamında çalıştırılmış prototip, ileri teknik doğrulama, uygulamaya yönelik geliştirme ve teknoloji transferi faaliyetleri için bir temel oluşturmaktadır.
Mevcut mikroakışkan tasarımın farklı üretim teknolojilerine uyarlanması, hedeflenen uygulamaların akış koşullarına göre optimize edilmesi ve endüstriyel sistemlere entegrasyonunun değerlendirilmesi, sonraki geliştirme çalışmalarının potansiyel odak alanlarıdır.
İş Birliği Fırsatları
Teknolojinin geliştirilmesi ve uygulama alanlarının değerlendirilmesi amacıyla lisanslama, bilimsel danışmanlık, ortak Ar-Ge, birlikte geliştirme ve endüstriyel doğrulama/pilot uygulama alanlarında iş birliği fırsatları bulunmaktadır.
Özellikle nanoakışkan geliştiren kuruluşlar, mikroakışkan cihaz tasarımcıları, termal yönetim sistemleri üreticileri ve endüstriyel akışkan teknolojileri alanında faaliyet gösteren şirketler potansiyel iş birliği ortaklarıdır. Ortak çalışmalar; cihaz tasarımının uygulamaya özel uyarlanması, nanopartikül dağılımının farklı akışkanlarda değerlendirilmesi, üretim yöntemlerinin geliştirilmesi ve ilgili kullanım ortamlarında performansın doğrulanması üzerine odaklanabilir.
Buluşçular
- Ali Koşar
- Kürşad Şendur
- Mustafa Pınar Mengüç
İletişim
Bu teknolojiyle ilgili lisanslama, endüstriyel doğrulama, ortak Ar-Ge veya diğer iş birliği olanakları için Sabancı Üniversitesi Teknoloji Transfer Ofisi (SUATT) ile dpe.suatt@sabanciuniv.edu adresi üzerinden iletişime geçebilirsiniz.
