Dış Kaynaklı Proje Süreçleri Yönetim Sistemi
Proje Özeti
Polimerik yapıların özelliklerini belirleyen birincil faktör konfigürasyonel özellikleridir. Doğrusal mimari gösteren polimerlerin yanında, dallanmış, halka, yıldız veya blok kopolimer yapıların tasarlanması polimerik materyallerin farklı mikroskopik morfolojiler oluşturmasını sağlamış ve farklı uygulamaların önünü açmıştır. Doğrusal polimer zincirlerin farklı şekillerde bulunması polimerik materyalin sıvı, camsı veya kristal gibi farklı özellikler göstermesini sağlamaktadır. Bunun yanında, halka şeklindeki polimerlerin baş veya sonlarının bulunmaması ve kapalı olan yapının sahip olabileceği -neredeyse- sınırsız sayıdaki düğümler ve konformasyonlar bu yapılara eşsiz özellikler kazandırmakta ve fonksiyonel malzemeler tasarımında beklenmeyen özellikler kazanmalarına yol açmaktadır. Halka polimerik sistemler doğrusal sistemlerden farklı olarak daha hızlı gevşeme özelliği göstermekte, daha düşük denge durumu vizkozite değerine sahip olmakta, daha zayıf kayma incelmesi özelliği göstermekte, moleküler ağırlığa daha düşük bağımlılık gösterme ve çekme testlerinde kauçuk-benzeri elastik özellikler göstermemektedir. Reolojik özellikleri içinse doğrusal polimerlere göre daha güçlü, üstel moleküler ağırlık bağıntısı göstermektedir. Halka içeren polimer yapıların, kimyasal sentez ve saflaştırma aşamasında yaşanan kısıtlamalara bağlı olarak üretim zorluğu, bu yapıların farklı topolojilerini, reolojik/dinamik ve mekanik özelliklerini, konsantrasyona bağlı olarak ortaya çıkan yapılarını, öz-kurulum özelliklerini ve belirli uygulamalarda göstereceği anlamada tamamen-deneysel çalışmaların yeterli olmadığını göstermektedir.
Deneysel çalışmalara alternatif ve tamamlayıcı yöntemlerden olan moleküler modelleme ve simülasyonlar, yapısal ve termodinamik parametrelerin kontrol altında tutulması bakımından halka içeren polimer yapıların özelliklerini anlamada uygun yaklaşımlar olarak ön plana çıkmaktadır. Fakat, mevcut yöntemler özellikle halka polimerlerin modellemesi ve simülasyonları anlamında kısıtlayıcıdır. Projenin birincil amacı halka polimerlerin kaba-taneli modelleme ve simülasyonlarında kullanılmak üzere Dağıtıcı Parçacık Dinamiği (DPD) yönteminin geliştirilmesi ve deneysel olarak yapısı bilinen sistemlerin denge durumundaki yapısal, denge-dışı reolojik, mekanik ve yapısal özelliklerinin başarıyla tahmin edilmesidir. Ayrıca, farklı sistem özelliklerine (zincir uzunluğu, halka sayısı, vb.) sahip sistemler için hangi sistemin daha iyi materyal özelliklerine sahip olduğu belirlenecektir. Bu kapsamda proje hedefleri arasında, i) klasik DPD yönteminde görülen kaba-tanelerin birbirleri içerisinden geçişinin engellenmesi için mDPD yöntemi geliştirilmesi ve validasyonu, ii) kaba-taneleri birbirlerine bağlayan kovalent bağların birbirleri içerisinden geçişinin engellenmesi için SRP yönteminin geliştirilmesi ve valide edilmesi, iii) deneysel davranışı bilinen tamamen halka polimer ve halka/doğrusal polimer karışımlarının sarılma (threading) ve konkatene (concatenate) davranışlarını barındıran uygulamalarla denge durumu yapı tahmininin yapılması ve hem denge hem de denge-dışı kesme kuvveti altındaki reolojik ve mekanik özelliklerinin belirlenmesi bulunmaktadır. Ayrıca, geliştirilen DPD yönteminin fonksiyonel polimer kaplamalar uygulamaları için yeni alternatif sistemlerin tasarımında kullanılması sağlanacak ve bu yeni sistemler literatüre önerilecektir.
Projemizin, mevcut haliyle halka polimerlere uygulanması için temel eksiklikler barındıran bir moleküler modelleme ve simülasyon yöntemi olan DPD yönteminin bu yapıların incelenmesi için geliştirilerek uygun hale getirilmesi, deneysel olarak yapısı ve bazı özellikleri bilinen sistemlerin simülasyonlar vasıtasıyla elde edilecek moleküler seviyedeki bilgilerinin deneysel araştırmacılara yol göstermesi ve yeni sistemlerin tasarlanması için kullanılması bakımından alanında özgün değer sağlayacağı düşünülmektedir.
Proje, 5 iş paketi içermektedir. Bu iş paketlerinin mDPD ve SRP yöntemlerinin geliştirilmesi ve validasyonu, ve geliştirilen yöntemlerin PU temelli biyobozunur çapraz bağlı bir polimer geliştirilmesi amacıyla kullanılması hedefleri bulunmaktadır. Proje kapsamında öncelikle, polimerik yapıların kendi-kendine kurulum süreci kaba-taneli DPD simülasyonlarıyla gerçekleştirilecektir. MD yöntemleri proje kapsamında DPD yönteminin geliştirilmesinde kullanılacaktır.
Önerilen projenin On İkinci Kalkınma Planı içerisinde bulunan ‘ileri malzeme’ geliştirilmesi için gerekli insan kaynağının oluşturulmasına katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Ayrıca, İş Paketi 5 kapsamında tasarlanması öngörülen polimerik fonksiyonel kaplamanın aynı raporda farklı maddelerde belirtilen ‘geri dönüşüm’ maddesiyle ilgili olarak özellikle otomotiv, havacılık gibi endüstri alanlarında kullanılarak endüstriye katkı sağlayacağı düşünülmektedir. Bunun yanında, sonuçların benzer alanda çalışmalar yürüten akademisyenler ve öğrencilerle paylaşılmasının yeni iş birlikleri ve ulusal ve uluslararası çapta projeler doğurması beklenmektedir. Özellikle, son iş paketine ait sonuçların endüstrinin alternatif malzeme tasarımı anlamında ilgisini çekeceği ve proje kapsamında geliştirilecek yöntemlerin ise endüstride dijitalleşme alanında rol oynayacağı düşünülmektedir.