Patent Adı: Bor Karbür Nanofiberlerin Üretimine Yönelik Katalitik Olmayan Sol-Jel Yöntemi
FMH Durumu: Patent başvurusu; Türkiye koruma kapsamı
Teknoloji Alanı: Bor Karbür / Nanofiberler / İleri Seramikler / Radyasyon Kalkanlama Malzemeleri
TRL: TRL 4
Katalizör kullanmadan bor karbür nanofiber üretimine olanak sağlayan bu sol-jel teknolojisi; daha düşük işlem sıcaklığı, kontrollü tek boyutlu morfoloji ve yüksek kristallik avantajlarını bir araya getirir. Elde edilen hafif B₄C nanoyapılar, özellikle esnek ve giyilebilir radyasyon kalkanlama sistemleri başta olmak üzere havacılık, uzay, nükleer ve savunma uygulamaları için yeni malzeme seçenekleri sunmaktadır.
Teknolojiye Genel Bakış
Bu teknoloji, bor karbür (B₄C) nanofiberlerin metalik katalizör kullanılmadan sol-jel yöntemiyle üretilmesine yönelik bir malzeme üretim prosesidir. Üretim sürecinde karboksilik asit, gliserin ve elementel bor nanoparçacıkları içeren başlangıç karışımı jel haline getirilmekte; elde edilen yapı kontrollü piroliz ve ardından yüksek sıcaklık ısıl işlemi ile bor karbür nanofiberlere dönüştürülmektedir.
Prosesin temel teknik farklılıklarından biri, lifsi ve tek boyutlu bor karbür yapılarının büyütülmesi için kobalt veya nikel gibi metalik katalizörlere ihtiyaç duyulmamasıdır. Katalizör kullanılmaması, üretim sonrasında katalizörün uzaklaştırılması amacıyla gerçekleştirilen asitle yıkama ve benzeri saflaştırma adımlarına duyulan ihtiyacı ortadan kaldırır. Böylece katalizör kaynaklı safsızlık riski azaltılırken bor karbür yapısının ilave kimyasal işlemlere maruz kalması da önlenebilir.
Üretim sürecinde öncül yapının bileşimi ve ısıl işlem koşullarının kontrolü, bor karbürün klasik eş eksenli parçacık morfolojisi yerine ince, uzun ve tek boyutlu nano/mikro lif yapılarında büyütülmesine olanak sağlar. Morfoloji, kompozisyon ve kristallik üzerinde sağlanan bu kontrol, malzemenin ileri kompozitler ve fonksiyonel koruyucu sistemlerde kullanılabilmesi açısından önemli bir tasarım avantajıdır.
Son ısıl işlem yaklaşık 1450–1550 °C aralığında gerçekleştirilebilmektedir. Bu sıcaklık seviyesi, yaklaşık 2500 °C'ye ulaşabilen yüksek sıcaklıklı bor karbür üretim yaklaşımlarına kıyasla işlem sıcaklığının yaklaşık 1000 °C'ye kadar azaltılmasına olanak sağlayabilir. Daha düşük sıcaklık ihtiyacının yanı sıra katalizör ve sonrasında katalizör giderme işlemine ihtiyaç duyulmaması, üretim sürecinin enerji ve proses yükünün azaltılması açısından önemli bir potansiyel sunmaktadır.
Nanofiber morfolojisi özellikle radyasyon kalkanlama amaçlı hafif ve esnek kompozitlerin geliştirilmesi açısından değerlendirilmektedir. Bor karbürün düşük yoğunluğu ve bor içeriği, ağır metal esaslı koruyucu malzemelere alternatif kompozit yapıların geliştirilmesine olanak verirken, lifsi yapı tekstil veya polimer matrislerle bütünleştirilebilecek malzeme mimarilerinin araştırılmasını da mümkün kılmaktadır.
Problem / Pazar İhtiyacı
Radyasyon kalkanlama uygulamalarında kurşun ve diğer yüksek yoğunluklu ağır metal esaslı malzemeler yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu malzemelerin yüksek ağırlığı, özellikle kişisel koruyucu ekipmanlar, havacılık ve uzay sistemleri gibi kütlenin kritik olduğu uygulamalarda önemli bir tasarım kısıtı oluşturabilir. Bazı ağır metal sistemleri ayrıca malzeme kullanımı, işlenmesi ve kullanım ömrü sonu yönetimi açısından ek gereksinimler doğurur.
Bor karbür, düşük yoğunluğu ve radyasyon kalkanlama uygulamalarındaki kullanım potansiyeli sayesinde daha hafif kompozitlerin geliştirilmesine yönelik alternatif bir malzeme platformu sunmaktadır. Bununla birlikte nanolif formunun kontrollü şekilde üretilebilmesi ve kompozit veya tekstil benzeri yapılara entegre edilebilmesi, malzemenin giyilebilir ve geometrik olarak esnek koruyucu sistemlere taşınabilmesi açısından önemlidir.
Bu teknoloji aynı zamanda bor karbür nanoyapı üretimindeki yüksek sıcaklık, katalizör kullanımı ve son saflaştırma gereksinimlerini hedeflemektedir. Katalizörsüz sol-jel yaklaşımı, üretim prosesini sadeleştirirken morfoloji kontrolünü koruyan alternatif bir üretim rotası sunmaktadır.
Temel Avantajlar
- Metalik katalizör kullanmadan tek boyutlu bor karbür nanofiber üretimi
- Yaklaşık 1450–1550 °C aralığında gerçekleştirilebilen nihai ısıl işlem sayesinde daha düşük üretim sıcaklığı
- Katalizör kaynaklı safsızlıkların önlenmesi
- Katalizörü uzaklaştırmak için asitle yıkama veya benzeri ek saflaştırma adımlarına ihtiyaç duyulmaması
- Nanofiber boyutu, morfolojisi, kompozisyonu ve kristalliğinin kontrol edilebilmesi
- Hafif ve esnek radyasyon kalkanlama kompozitlerinin geliştirilmesine uygun malzeme yapısı
- Polimer ve tekstil tabanlı koruyucu sistemlere entegrasyon potansiyeli
- Daha düşük sıcaklık ve daha az proses adımı sayesinde enerji ve kimyasal kullanımının azaltılması potansiyeli
Uygulama Alanları
- Hafif ve esnek radyasyon kalkanlama malzemeleri
- Radyasyondan koruyucu kişisel ekipmanlar
- Pilot ve astronot koruyucu giysileri
- Uydu ve uzay sistemlerinde radyasyon koruması
- Nükleer tesis ve nükleer teknoloji uygulamalarında koruyucu malzemeler
- Radyasyona karşı korunan elektronik ekipman muhafazaları
- Havacılık ve savunma uygulamalarına yönelik ileri kompozitler
- Bor karbür esaslı fonksiyonel tekstil ve lif takviyeli kompozit sistemleri
İlgili Sektörler
- Havacılık ve Uzay
- Nükleer Teknolojiler
- Savunma Sanayii
- Kişisel Koruyucu Ekipmanlar
- İleri Seramikler
- Nanomalzemeler
- Teknik Tekstiller
- İleri Kompozit Malzemeler
Teknoloji Hazırlık Seviyesi ve Doğrulama
Teknoloji Hazırlık Seviyesi: TRL 4
Bor karbür nanofiber üretim prosesi laboratuvar ortamında doğrulanmış ve TRL 4 seviyesine ilişkin test çalışmaları tamamlanmıştır. Teknolojinin geliştirilmesine yönelik çalışmalar daha yüksek teknoloji hazırlık seviyeleri için devam etmektedir.
Radyasyon kalkanlama uygulamasına yönelik olarak yaklaşık A4 boyutunda, yaklaşık 210 × 297 mm ölçülerinde kumaş formatında bir deneme gerçekleştirilmiştir. Laboratuvar testlerinde 2 mikron kalınlığındaki malzemenin kullanılan radyasyon kaynağının yaklaşık %80'ini absorbe ettiği gözlemlenmiştir. Bu sonuç belirli laboratuvar test koşullarına aittir ve kurşun veya diğer ticari kalkanlama malzemeleriyle doğrudan performans karşılaştırması yapılmamıştır.
Mevcut çalışma, nanofiberlerin hafif ve esnek koruyucu sistemlere entegrasyon potansiyelini göstermektedir. Gelecek geliştirme aşamalarında malzemenin karbon elyaf kumaşlara benzer şekilde doğrudan örülebilir veya tekstil yapısına entegre edilebilir formlarda geliştirilmesi değerlendirilebilir.
Teknoloji TÜBİTAK destekli bir araştırma çalışması kapsamında geliştirilmiştir.
Fikri Mülkiyet
Uluslararası Patent Yayını: WO2022144085A1
Uluslararası Başvuru No: PCT/EP2020/088063
Patent Adı: Bor Karbür Nanofiberlerin Üretimine Yönelik Katalitik Olmayan Sol-Jel Yöntemi
Başvuru Tarihi: 30 Aralık 2020
Yayın Tarihi: 7 Temmuz 2022
Başvuru Sahipleri: Sabancı Üniversitesi ve Yıldız Teknik Üniversitesi
Koruma Kapsamı: Türkiye
Ticarileşme Durumu
Teknoloji prototip geliştirme aşamasındadır ve lisanslamaya açıktır. Mevcut çalışmalar, üretim prosesinin daha ileri teknoloji hazırlık seviyelerine taşınmasına ve radyasyon kalkanlama başta olmak üzere hedef uygulamalardaki performansının geliştirilmesine odaklanmaktadır.
İş Birliği Olanakları
- Lisanslama
- Bilimsel danışmanlık
- Ortak Ar-Ge ve birlikte geliştirme
- Endüstriyel doğrulama ve pilot uygulamalar
- Yatırım ve ticari ortaklık
- Horizon Europe ve diğer uluslararası Ar-Ge projelerinde ortaklık
Potansiyel iş ortakları arasında radyasyon kalkanlama malzemesi üreticileri, teknik tekstil ve kişisel koruyucu ekipman üreticileri, ileri seramik ve kompozit malzeme şirketleri, havacılık ve uzay kuruluşları, nükleer teknoloji firmaları ve savunma sanayii şirketleri yer alabilir.
Özellikle nanofiberlerin tekstil veya polimer matrislere ölçeklenebilir biçimde entegrasyonu, radyasyon kalkanlama performansının uygulama koşullarında doğrulanması ve pilot üretim proseslerinin geliştirilmesi ortak Ar-Ge açısından öne çıkan çalışma alanlarıdır.
Buluşçular
Buluşçular: Cengiz Kaya, Figen Kaya
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.