Süspansiyona Bağlı Parametreler34

Süspansiyonun özelliklerine bağlı olarak, süspansiyon içerisinde askıda bulunan parçacıkların fizikokimyasal doğası ve sıvı ortam, tozun yüzey özellikleri ve özellikle dipersant malzemeler baĢta olmak üzere eklenen malzemelerin tür ve konsantrasyonları gibi birçok parametre göz önünde bulundurulmalıdır [34].

4.3.1.1 Parçacık Boyutu

Her ne kadar elektrokinetik biriktirme için uygun özelleĢtirilmiĢ bir parçacık boyut ölçüsü bulunmasa da, çeĢitli seramik ve kil sistemlerinde 1 – 20 µm aralığındaki parçacık boyutlarının iyi biriktirme sağladıkları belirtilmiĢtir. Fakat bu demek değildir ki, bu aralığın dıĢında kalan boyutlardaki parçacıklarla iyi bir kaplama elde edilemez.

Homojen ve pürüzsüz bir kaplama elde edebilmek için parçacıkların tamamıyla çözücü içerinde dağılmıĢ ve kararlı olmaları önem arz etmektedir. Büyük boyutlu parçacıklarda ise ana problem, yer çekimi nedeniyle çökme eğilimi göstermeleridir. Ġdeal olan ise

“elektrophoresis” mekanizması baz alındığında, parçacıkların hareketinin yer çekiminin neden olduğu hareketlilikten büyük olmasıdır. Çökelme eğilimine sahip büyük parçacıkların yer aldığı süspansiyonlardan homojen bir biriktirme elde etmek oldukça zordur. Çökelme gösteren bir süspansiyonun yer aldığı elektrokinetik biriktirmede kaplama gradyantında sürekli değiĢimler meydana gelmektedir, örneğin birikme elektrodu dikey olarak yerleĢtirildiğinde alt kısımda kalın bir kaplama tabakası oluĢurken, üst kısımda ince bir tabaka oluĢmaktadır. Buna ek olarak, büyük parçacıkların yer aldığı elektrokinetik biriktirmenin gerçekleĢebilmesi için ya yüzey yüklerinin çok güçlü olması ya da elektriksel çift tabaka bölgesinin boyutu artmalıdır.

Parçacık boyutunun göze çarpan bir diğer etkisi ise, kuruma esnasında meydana gelebilecek çatlamaların kontrolünü sağlamasıdır. Küçük parçacıklardan meydana gelen kaplamaların kuruma esnasında çatlak oluĢturma eğilimleri daha az olmaktadır [34].

4.3.1.2 Sıvının Dielektrik (Elektriksel Yalıtkanlık) Sabiti

Powers tarafından[37] yapılan araĢtırma; birikmenin kullanılan sıvı ortamın dielektrik sabitinin ve elde edilen süspansiyonun iletkenliğinin bir fonksiyonu olduğunu ortaya

35

koymuĢtur. Dielektrik sabitindeki ani yükselme, saf haldeki sıvıya iĢaret etmektedir.

Bunun yanı sıra, safsızlıklar, özellikle su, iletkenliği etkilemektedir ve bu Ģekilde elde edilen süspansiyonun iletkenliği ise, saf sıvınınkinden oldukça farklı olmaktadır.

Powers [37] çalıĢmasında, yalnızca 12 – 25 arasında dielektrik sabitine sahip sıvılar yardımıyla birikmenin gerçekleĢebildiğine iĢaret etmektedir. Fazlasıyla düĢük dielektirik sabitine sahip sıvıların kullanıldığı EKB yöntemlerinde birikme gerçekleĢmemektedir, bunun nedeni tozların sıvının içerisinde yetersiz çözünmesidir.

Diğer taraftan yüksek dielektrik sabitine sahip sıvılarda ise, sıvının içerisindeki yüksek iyon konsantrasyonu çift tabaka bölgesini küçülterek elektrokinetik hareketliliğin azalmasına yol açmaktadır. Sonuç olarak, sıvının iyon konsantrasyonu düĢük kalmalıdır ki bu durum düĢük dielektrik sabitine sahip sıvılarda öne çıkmaktadır. Çizelge 4.2 kimi çözücülerin dielektrik sabitlerini ve viskozite değerleri gibi fiziksel özelliklerini göstermektedir [34].

Çizelge 4.2 Çözücülerin fiziksel özellikleri[34]

Solventler Viskozite (cP) = 10^-3 N.s.m^-2 Göreceli Dielektrik Sabiti

Methanol 0.557 32.63 Ethanol 1,0885 24.55 n-Propanol 1.9365 20.33 Iso-propanol 2,0439 19.92 n-Butanol 2.5875 17.51 Ethylene glycol 16.265 37,7 Acetone 0,3087 20,7 Acetylacetone 1.09 25,7

4.3.1.3 Süspansiyonun Ġletkenliği

Elde edilen süspansiyon eğer çok iletken olursa, parçacık hareketi oldukça düĢük olmaktadır. Buna karĢın süspansiyon çok dirençli olursa da, parçacıklar elektronik olarak yüklenmekte ve stabilite kaybolmaktadır. Bu konuda çalıĢmalar yapan Ferrari ve Moreno [38], süspansiyonun iletkenliğinin anahtar faktör olduğunu ve EKB deneylerinde mutlaka dikkate alınması gerektiğini belirtmiĢler ve süspansiyonun iletkenliğinin sıcaklık ve dispersant konsantrasyonu ile arttığını da gözlemlemiĢlerdir.

36

Diğer taraftan ise, bütün iletkenlik değerlerinin EKB yöntemi için yararlı olmadığını da belirtmiĢlerdir. ÇeĢitli dispersatn dozajlarında ve sıcaklık değerlerinde birikmenin gerçekleĢtiği dar bir iletkenlik bandının varlığını tespit etmiĢlerdir. Bu bant bölgesinin dıĢındaki iletkenlik değerleri birikme olasılıklarını sınırlandırdığından EKB yöntemi için uygun olmamaktadır. Uygun iletkenlik bölgesinin farklı sistemler için farklı olması beklenmektedir. Ġletkenlik bölgesinin sınırı EKB yönteminin gerçekleĢebilmesi için yeterlidir, fakat uygulanan akım EKB yönteminin baĢarılı bir Ģekilde gerçekleĢebilmesi olasılığını arttırmaktadır [34].

4.3.1.4 Süspansiyonun Viskozitesi

Döküm prosesinde viskozite ana konrol parametresidir. Yoğun dökümler üzerinde yapılan reolojik ölçümler, dispersant eklenmesi halinde elde edilen optimum dağılma durumu hakkında oldukça yararlı fikirler vermektedir. EKB prosesinde katı miktarı oldukça düĢüktür ve viskozite dispersiyon durumunu değerlendirmek için kullanılamamaktadır. Fakat süspansiyondan beklenilen özellikler düĢük viskozite, yüksek dielektrik sabiti ve iletkenliktir [34,35].

4.3.1.5 Zeta Potansiyeli

Parçacıkların zeta potansiyeli elektrokinetik biriktirme iĢleminin anahtar faktörüdür.

Süspansiyon içinde dağılmıĢ parçacıkların yüzey yüklerinin yüksek ve homojen olmaları zorunlu bir etmendir. Zeta potansiyelinin sahip olduğu roller [34];

 Parçacıklar arasındaki itici etkileĢimin yoğunluğunu (Ģiddetini) belirleyerek süspansiyonu istikrarlı hale getirmek.

 EKB esnasında parçacıklarının yönünü ve göç etme ivmelerini belirlemek.

 Birikmenin ön yoğunluğunu belirlemek.

Bir sistemin genel anlamda kararlılığı, süspansiyon içindeki bireysel parçacıkların kendi aralarındaki etkileĢime bağlıdır. Bu durumu etkileyen iki mekanizma bulunmaktadır, bunlar elektrostatik ve van der Waals kuvvetleridir. Yüksek parçacık yükünden ileri gelen yüksek elektrostatik itme kuvveti, parçacıklar arasındaki aglomerasyonu (topaklaĢma) engellemek için gereklidir. Parçacıkların yükler aynı zamanda birikmenin gerçekleĢtiği ön yoğunluğu da etkilemektedir. Birikmenin gerçekleĢtiği esnada parçacıklar artan etkileĢim kuvvetinin yardımıyla birbirlerine yaklaĢmaktadırlar. Eğer parçacık yükü düĢük ise, parçacıklar aralarındaki göreceli mesafe uzun dahi olsa

37

pıhtılaĢma eğilimi gösterirler ki bunun sonucunda poroz, süngerimsi bir birikme elde edilir. Bu duruma karĢıt olarak, eğer parçacıklar birikme esnasında yüksek yüzey yüklerine sahiplerse, birbirlerini zıt yönde iterler ve bu durum da parçacıkların paketleme yoğunluğunun artmasına sebebiyet verir. Bu nedenle EKB süspansiyonuna ilave edilen katı miktarının, çözücü konsantrasyonunun ve diğer ilave maddelerinin kontrolü yüksek birikim yoğunluğuna ulaĢılabilinmesi açısından oldukça önemlidir.

Zeta potansiyeli asitler, bazlar ve özel olarak emilebilinen iyon ya da polielektrolit gibi yüzey ajanları tarafından kontrol edilebilmektedir. Bunun yanı sıra, yükün büyüklüğünü ve polaritesini ayarlamaya yarayan birçok farklı ilave maddeler bulunmaktadır. Bu ilaveler farklı mekanizmalarla etki etmektedirler. Yükleme ajanının seçiminde ana kriter, tercih edilen polarite ve parçacıkların birikme hızıdır.

Birikme hızı doğrudan doğruya, yükleyici ilave maddeleri tarafından belirlenen zeta potansiyeli bağlıdır. Bu ilave maddeler ayrıca süspansiyonun iyonik iletkenliğini belirleyici unsurlar olarak da kullanılmaktadırlar. Ġyonik iletkenlik süspansiyon içerisindeki potansiyel düĢüĢü tayin etmektedir ki bu da, parçacıkların elektrotlara transferlerindeki itici güçtür [34,35].

4.3.1.6 Süspansiyonun Kararlılığı

“Elektrophoresis” mekanizması, kolloidal çözelti veya süspansiyondaki parçacıkların elektrik alan etkisinde hareketi esasına dayanmaktadır. Süspansiyona elektrik alan uygulandığında parçacıklar sıvı faza doğru hareket etmektedirler. Çapları 1µm ya da daha küçük olan kolloidal parçacıklar Brown Hareketi‟ne göre süspansiyon içerisinde uzun süre kalma eğilimindedirler. 1µm‟den büyük olan parçacıkların ise süspansiyonda kalabilmeleri için sürekli bir hidrodinamik çalkalama iĢlemine ihtiyaç duyulmaktadır.

Süspansiyonun kararlılığı, çökme hızı ve flokülasyondan kaçınma veya flokülasyonu devam ettirme eğilimi ile tanımlanmaktadır. Kararlı süspansiyonlar flokülasyon eğilimi göstermezler; yavaĢça çöküp, yoğun ve kabın tabanına kuvvetle tutunan birikintiler oluĢtururlar. Flokülasyona uğramıĢ süspansiyonlar ise hızlı bir Ģekilde çökme göstermektedirler. Bunun sonucunda da düĢük yoğunluğa sahip, kabın tabanına zayıf bir Ģekilde tutunmuĢ birikintiler oluĢtururlar. Eğer süspansiyon çok kararlı ise, elektrik alan parçacıklar arasındaki itici kuvvetlerin üstesinden gelemez ve birikme gerçekleĢemez.

Elektrokinetik biriktirmenin bazı modellerine göre, süspansiyonun elektrotların çevresinde kararsız olması gerekmektedir. Bu bölgesel kararsızlık elektrolizdeki iyon

38

değiĢiminden veya parçacıkların yüklerinin boĢalmasından ileri gelebilmektedir ki bu iyonlar sonrasında elektrot yüzeylerine yakın bölgelerde flokülasyona sebep olmaktadırlar. Birikmenin nasıl gerçekleĢeceğini tahmin edebilmek için, süspansiyonu yararlı bir Ģekilde karakterize etmeye yardımcı uygun kimyasal/fiziksel özelliklerin bulunması arzu edilen bir durumdur. Çoğu araĢtırmacı süspansiyonun birikebilirliğini ayarlamak için zeta potansiyelini veya elektrokinetik hareketliliği kullanmaktadır. Fakat bunlar herhangi bir saptama yapabilmek için yetersiz kalmaktadırlar. Örneğin, alkol içerisindeki aluminyum süspansiyona elektrolik ilavesi zeta potansiyelinde kayda değer bir değiĢim göstermez, fakat birikme yalnızca elektrolitin varlığında gerçekleĢmektedir.

Süspansiyonun kararlılığı aĢikarbir Ģekilde en önemli özelliktir fakat kısmen deneysel bir özellik olup asıl parametrelere yakından bağlı değildir [34].