Patent Adı: Piezodirençli Film Üretiminde Kullanıma Uygun Polimer Bazlı Mürekkep Bileşimleri
FMH Durumu: Uluslararası patent başvurusu yayımlanmış,
Teknoloji Alanı: Yapısal Sağlık İzleme / Piezodirençli Sensörler / Fonksiyonel Mürekkepler / Grafen Tabanlı Kompozitler
TRL: TRL 5
Polimer bazlı bu piezodirençli mürekkep, farklı yüzeylere film veya şerit formunda uygulanarak mekanik gerilme, deformasyon ve yüzeyde zamanla oluşan değişimlerin elektriksel direnç üzerinden izlenmesini sağlar. Beton, ahşap, plastik ve kompozit yüzeylere uygulanabilen teknoloji, yapısal sağlık izleme ve dağıtık sensör uygulamaları için esnek bir platform sunmaktadır.
Teknolojiye Genel Bakış
Bu teknoloji, mekanik yük veya deformasyon altında elektriksel direnci değişen piezodirençli filmlerin üretimine yönelik polimer bazlı bir mürekkep bileşimidir. Mürekkep; sulu bir polimer matris içerisinde dağıtılmış grafen nanoplateletler ve grafit tozu içerir. Yüzeye uygulandıktan ve film oluşturduktan sonra mekanik gerilme veya basınç, iletken ağ yapısında değişime neden olur ve bu değişim elektriksel direnç ölçümü üzerinden takip edilebilir.
Malzeme mimarisinde grafen nanoplateletler elektriksel iletim yollarının oluşturulmasına katkı sağlarken, grafit parçacıkları bu iletim ağı içerisinde destekleyici bir iskelet görevi görür. Bu iki karbon esaslı bileşenin birlikte kullanılması, film oluşturma özellikleri ile elektriksel ve mekanik davranış arasında denge kurulmasını sağlar. Patent kapsamındaki deneylerde, belirli bileşimlerde filmin tekrarlı deformasyon altında piezodirenç hassasiyetini koruduğu ve aynı yükleme koşullarında en az 30 çevrim boyunca kararlı iletkenlik tepkisi verdiği gösterilmiştir.
Mürekkep, ekran baskı ve püskürtme gibi yöntemlerle yüzey üzerine uygulanabilir. Bu uygulama esnekliği, sensörün yalnızca önceden üretilmiş bağımsız bir elektronik bileşen olarak değil, izlenmek istenen yapının veya parçanın doğrudan yüzeyinde oluşturulmasına olanak verir. Teknoloji beton, ahşap ve plastik yüzeylerde laboratuvar ölçeğinde uygulanmış; çimento esaslı gerçek yüzeylerde de test edilmiştir. İletken metal yüzeylerde kullanım için ise sensör katmanı ile altlık arasında elektriksel yalıtım katmanı gerekmektedir.
Polimer matris yapısı farklı malzeme sistemlerine uyarlanabilecek şekilde tasarlanmıştır. Patentte polivinil alkolün yanı sıra PVDF, PLA, PANI, PMMA, PEG, PET ve TPU gibi farklı polimer seçenekleri tanımlanmaktadır. Teknoloji bu nedenle yalnızca rijit yapı yüzeyleri için değil, uygun formülasyon ve entegrasyonla esnek veya hareketli sistemlere yönelik sensör uygulamalarına da uyarlanabilir.
Mürekkep formunda uygulanabilmesi, sensör geometrisinin hedef yüzeye göre tasarlanmasına ve geniş alanlarda dağıtık ölçüm yapılmasına olanak sağlar. Bu özellik; bina ve altyapı elemanlarında deformasyon takibi, kompozit yapılarda kritik bağlantı veya kaynak bölgelerinin izlenmesi, araç gövde ve şasilerinde hasar veya müdahale tespiti, robotik sistemlerde dokunma ve yük algılama gibi farklı kullanım senaryoları için ortak bir malzeme platformu oluşturur.
Problem / Pazar İhtiyacı
Binalar, köprüler, kompozit yapılar, araç gövdeleri ve diğer mühendislik sistemleri kullanım ömürleri boyunca tekrarlı yükler, titreşim, mekanik gerilmeler ve çevresel etkiler altında kalır. Bu etkilerin zaman içerisinde oluşturduğu deformasyon veya hasarın erken aşamada tespit edilmesi; bakım planlaması, güvenlik değerlendirmesi ve beklenmeyen arızaların önlenmesi açısından önemlidir.
Geleneksel noktasal sensörlerin geniş veya karmaşık geometrili yüzeylerde kullanılması çok sayıda sensör, kablolama ve montaj işlemi gerektirebilir. Hazır sensörlerin mevcut yapılara veya düzensiz yüzeylere entegrasyonu da uygulama esnekliğini sınırlayabilir.
Polimer bazlı piezodirençli mürekkep yaklaşımı, sensör fonksiyonunun doğrudan izlenecek yüzeye uygulanmasını mümkün kılar. Böylece farklı geometrilerde sensör şeritleri veya filmleri oluşturularak yük, deformasyon ve yapısal değişimlerin elektriksel olarak takip edilebileceği dağıtık ve uyarlanabilir sensör sistemleri geliştirilebilir.
Temel Avantajlar
- Mekanik gerilme ve deformasyonu elektriksel direnç değişimi üzerinden algılayan piezodirençli yapı
- Grafen nanoplatelet ve grafit kombinasyonu sayesinde kararlı iletken ağ mimarisi
- Patent kapsamındaki testlerde aynı deformasyon koşulları altında en az 30 çevrim boyunca korunan piezodirenç tepkisi
- Mürekkep, film veya sensör şeridi formunda farklı geometrilere uygulanabilme
- Ekran baskı ve püskürtme gibi yüzeye uygulanabilir üretim yöntemleriyle uyumluluk
- Beton, ahşap ve plastik dahil farklı altlık yüzeylerine uygulanabilme
- Pürüzlü yüzeylere ve farklı yüzey kimyalarına uyarlanabilen uygulama potansiyeli
- Yapısal sağlık izlemeden robotik dokunma algılamaya kadar farklı sensör uygulamalarına uyarlanabilir platform
Uygulama Alanları
- Bina ve köprülerde yapısal sağlık izleme
- Beton ve çimento esaslı yapılarda gerilme ve deformasyon takibi
- Kompozit yapılarda kritik bağlantı ve hasar bölgelerinin izlenmesi
- Araç kaportası ve şasi üzerinde hasar veya mekanik müdahale tespiti
- Kargo ve taşıma ambalajlarında deformasyon veya darbe kaynaklı hasarın izlenmesi
- Endüstriyel ekipmanlarda tekrarlı yük ve yorulma takibi
- Robotik sistemlerde yüzeysel dokunma ve basınç algılama
- Giyilebilir veya hareket algılayan esnek sensörler
- Farklı sıcaklık koşullarında çalışan yüzeye uygulanabilir sensör sistemleri
İlgili Sektörler
- İnşaat ve Altyapı
- Yapısal Sağlık İzleme
- Otomotiv
- Havacılık ve Kompozit Yapılar
- Robotik ve Otomasyon
- Akıllı Sensörler ve Elektronik
- Lojistik ve Akıllı Ambalaj
- Teknik Tekstiller ve Giyilebilir Teknolojiler
Teknoloji Hazırlık Seviyesi ve Doğrulama
Teknoloji Hazırlık Seviyesi: TRL 5
Teknolojinin laboratuvar ölçekli prototipi geliştirilmiş ve mürekkep ile şerit/film formatlarında test çalışmalarına başlanmıştır. Piezodirençli yapı beton, ahşap ve plastik yüzeylere uygulanmış; gerçek çimento yüzeyleri üzerinde de değerlendirilmiştir. Mekanik gerilme altında meydana gelen direnç değişiminin sensör çıktısı olarak kullanılabildiği gösterilmiştir.
Test ve doğrulama çalışmaları farklı yükleme koşulları ve altlık malzemeleri kullanılarak devam etmektedir. Patent kapsamındaki tekrarlı deformasyon deneylerinde piezodirençli filmler en az 30 ardışık deformasyon çevriminde hassasiyetlerini korumuş ve aynı yükleme koşullarında kararlı elektriksel tepki göstermiştir.
Laboratuvar çalışmalarında sensör yapısı -10 °C ile 80 °C arasındaki sıcaklık koşullarında da incelenmiştir. Bu çalışma, farklı çevresel koşullardaki kullanım potansiyelinin değerlendirilmesine yönelik olup nihai saha dayanımı veya ürün sertifikasyonu anlamına gelmemektedir.
Metalik yüzeyler elektriksel olarak iletken olduğundan, bu yüzeylerde kullanım için sensör ile altlık arasında uygun bir yalıtım katmanının geliştirilmesi gerekmektedir. Metal yüzeyler üzerinde doğrudan doğrulama çalışması henüz gerçekleştirilmemiştir.
Teknoloji TÜBİTAK 1001 projesi kapsamında geliştirilmiştir.
Fikri Mülkiyet
Uluslararası Patent Yayını: WO2025085024A2
Uluslararası Başvuru No: PCT/TR2024/051020
Türkiye Başvurusu: TR2023/013224
Patent Adı: Piezodirençli Film Üretiminde Kullanıma Uygun Polimer Bazlı Mürekkep Bileşimleri
Rüçhan Tarihi: 17 Ekim 2023
Uluslararası Başvuru Tarihi: 4 Eylül 2024
Uluslararası Yayın Tarihi: 24 Nisan 2025
Başvuru Sahibi: Sabancı Üniversitesi
Koruma / Başvuru Kapsamı: Türkiye, Avrupa patent
Ticarileşme Durumu
Teknolojinin laboratuvar ölçekli prototipi mevcuttur ve teknoloji lisanslamaya açıktır. Devam eden çalışmalar farklı yüzey malzemeleri, çevresel koşullar ve hedef uygulamalar altında sensör performansının doğrulanmasına odaklanmaktadır.
İş Birliği Olanakları
- Lisanslama
- Bilimsel danışmanlık
- Ortak Ar-Ge ve birlikte geliştirme
- Endüstriyel doğrulama ve pilot uygulamalar
Potansiyel iş ortakları arasında yapısal sağlık izleme çözümleri geliştiren firmalar, sensör ve elektronik üreticileri, inşaat ve altyapı şirketleri, otomotiv ve kompozit üreticileri, robotik sistem geliştiricileri ile yüzeye uygulanabilir fonksiyonel malzemeler üzerinde çalışan kuruluşlar yer alabilir.
Ortak geliştirme açısından özellikle geniş yüzeylerde sensör ağlarının oluşturulması, saha koşullarında uzun dönemli yük ve hasar takibi, metal yüzeyler için yalıtımlı sensör mimarilerinin geliştirilmesi ve otomotiv, altyapı veya robotik uygulamalara özgü pilot demonstrasyonlar öne çıkmaktadır.
Buluşçular
Buluşçular: Mehmet Ali Gülgün, Melike Nur Önder, Melih Papila
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.