AKILLI G YS D ZAYNI
ÜZER NE B R ARA TIRMA
Ozan KAYACAN
ubat, 2008 ZM R
Dokuz Eylül Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi
Tekstil Mühendisli0i Bölümü, Tekstil Mühendisli0i Anabilim Dal2
Ozan KAYACAN
ubat, 2008 ZM R
ii
yönetiminde haz rlanan “AKILLI G YS D ZAYNI ÜZER NE B R ARA TIRMA” ba l kl tez taraf m zdan okunmu , kapsam ve niteli i aç s ndan bir
doktora tezi olarak kabul edilmi tir.
…..………. Doç.Dr. Ender Yazgan BULGUN
Yönetici
……….…… ……….…… Yrd.Doç.Dr. Özge +AH.N Prof.Dr. Güngör BA+ER
II. Dan man Tez .zleme Komitesi Üyesi
……….…… ……….…… Yrd.Doç.Dr. Ahmet ÖZKURT Doç.Dr. Hale KARAKA+
Tez .zleme Komitesi Üyesi Jüri Üyesi
……….…… ……….…… Doç.Dr. Sevil YE+.LPINAR Prof.Dr. Gülseren KURUMER
Jüri Üyesi Jüri Üyesi
Prof.Dr. Cahit HELVACI Müdür
iii
güne dek bilgi birikimi, deneyim ve deste ini benden esirgemeyen de erli dan man m Sn. Doç.Dr. Ender Yazgan BULGUN’a ükranlar m sunuyorum.
Elektronik gibi e itim alan m n d nda olan bir konuda çal abilmem için her türlü deste ini gördü üm tez dan man m Sn. Yrd.Doç.Dr. Özge +AH.N’e de erli önerileri ve anlay için çok te ekkür ediyorum.
Bilgi ve destekleriyle beni yönlendiren ve bu tezin olu umunda büyük katk lar olan tez izleme komitesi üyeleri Sn. Prof.Dr. Güngör BA+ER ve Sn. Yrd.Doç.Dr. Ahmet ÖZKURT’a en içten te ekkürlerimi sunar m.
Deneysel çal malar mda kulland m materyallerin temini konusunda Beksa A+ ve Sümer Konfeksiyon Tekstil A+; giysi üretimi konusunda da Roteks Tekstil .hr.San.Tic.A+ firmalar n n yetkililerine te ekkür borçluyum.
Çal mam n en önemli parçalar ndan biri olan elektronik altyap haz rl konusundaki bilgilerini benimle payla an sevgili Gürcan KAHRAMAN’a te ekkürlerimi sunuyorum.
Akademisyen olmamda çok büyük etkisi olan, hayatta örnek ald m insanlar n en ba nda gelen sevgili babam Cemal KAYACAN’ n bugün yan mda olmas n çok isterdim, ancak ne yaz k ki mümkün olamad . Kendisini en derin hasret ve rahmetle an yorum.
Son olarak bütün e itim hayat m boyunca her ko ulda bana verdikleri maddi ve manevi deste in yan s ra gösterdikleri sonsuz sevgi ve sab r için tüm aileme, özellikle de sevgili e im Dr. Özlem KAYACAN’a ükranlar m sunuyorum.
Ozan KAYACAN +ubat 2008
iv
Son y llarda önemi ve kullan m alan giderek yayg nla an “Ak ll Sistemler ve Malzemeler” tekstil sektöründe de artan bir uygulama alan bulmaktad r. D ortam artlar na fiziksel ve kimyasal olarak reaksiyon veren malzemelerin yan s ra elektronik ve tekstil materyallerinin entegrasyonunu amaçlayan ak ll /interaktif tekstil yap lar geli tirilmektedir. Gelece in giysileri olarak nitelendirilen bu ak ll sistemler korunma, yönlendirme, ileti im vb. birçok fonksiyonu içermektedir. Aktif
s t c giysilerin, gelecekte en geni kullan m potansiyeline sahip ak ll giysi örneklerinden biri olaca tahminlenmektedir. Özellikle d ortam artlar nda görev yapan personelin kullan m na yönelik olan s cakl k kontrollü bir ak ll giysi taraf ndan kullan c ya sa lanan termal destek, giysi içerisine yerle tirilen s kaynaklar ndan sa lanmaktad r. Bu tür bir giysi konseptine örnek olabilecek nitelikteki “s cakl k kontrollü giysi tasar m ”nda bir yandan kullan c n n temel gereksinimlerini kar layabilecek bir giysi tasar m gerçekle tirilirken di er yandan da hedeflenen fonksiyonlar n yerine getirilmesi amac yla en uygun elektronik altyap n n haz rlanmas gerekmektedir. Ta nabilir bir yap n n tasarlanmas sebebiyle kullan m an ndaki dayan kl l , kullan m süresinin yeterli olmas , ta nabilir güç kayna seçiminin uygun yap lmas gibi konular öne ç kmaktad r.
Bu çal mada öncelikle elektronik fonksiyonlara sahip ak ll /interaktif konfeksiyon ürünlerindeki geli meler incelenmi tir. Konu ile ilgili Türkiye’deki ilk çal malardan birinin gerçekle tirilmesi amaçlanm ve çelik esasl iletken iplikler kullan larak s t c paneller üretilmi tir. Kuma esasl olan bu panellerden s cakl k eldesi için ta nabilir güç kaynaklar kullan lm t r. Bu panelleri besleyecek uygun özelliklere sahip elektronik devre altyap s n n yan s ra tüm bu altyap n n yerle tirilece i bir ak ll giysi tasarlanm ve üretilmi tir. Is t c l giysi prototipinin çal ma performans kullan m alan na yönelik olarak so uk iklim artlar simüle edilerek test edilmi tir.
Anahtar Kelimeler: Ak ll giysiler, elektro-tekstiller, tekstil esasl iletken yap lar,
v
“Smart Systems and Materials” are getting more and more attention in recent years and have a great potential in the field of textiles. The smart/interactive textile structures that integrate electronics and textile materials and the materials that react to the external stimuli physically and chemically have been developed. These products, which are called 'the garments of the future', involve different functions such as protection, actuation, communication etc. The garments, which can heat the body, will possibly be one of the most widely used products for future use in daily life. These products are developed especially for the use of the people who work outside during their day. The thermal heating occurs in the thermal panels that are placed inside the garment. The procedures used to design this kind of garments can be grouped into two major topics. The first is to fulfill the needs of the comfort properties as it is an ordinary textile product while the second is to meet the functional requirements as a warming system. Heating amount, durability, sufficient working time and determining the optimum power source are among the major parameters in point of designing of a portable structure.
In this study, developments about smart/interactive garments having electronic functions were investigated. Steel based conductive yarns were used to produce heating panels within the study being one of the first about interactive electronic garment design in Turkey. Portable power supplies were applied to fabric based panels to obtain heating function. Beside an electronic circuit, a functional garment containing all system was designed and produced. Performance of the heating garment prototype was evaluated on a thermal mannequin by testing under the cold weather environments.
Key Words: Smart garments, electro-textiles, textile based conductive materials, steel
vi
Sayfa
DOKTORA TEZ. SINAV SONUÇ FORMU... TE+EKKÜR ... ÖZ... ABSTRACT...
BÖLÜM B R – G R ...
1.1 Genel Bilgiler…... 1.1.1 Ak ll Giysi – Ak ll Tekstil Kavram ………... 1.1.2 Pasif Ak ll Malzemeler………...…………...………... 1.1.3 Aktif Ak ll Malzemeler………...………. 1.1.3.1 Faz De i tiren Materyaller (Phase Change Materials-PCM)…..…… 1.1.3.2 Biçimsel Haf zal Materyaller (Shape Memory Materials-SMM)...
1.1.3.3 Kromik Materyaller(Chromic Materials)–Bukalemunsu Materyaller 1.1.3.4 Is ya Duyarl Tekstil Malzemeleri………... 1.1.3.5 Elektronik / .letken Tekstiller ….………... 1.1.4 Çok Ak ll Malzemeler………..……… 1.1.5 Nano Teknoloji………..………... 1.1.5.1 Tekstilde Nano-Teknoloji………...……….
1.1.6 Elektronik ve Tekstil Malzemelerinin Entegrasyonu……… 1.1.7 Tekstil Malzemelerine Elektrik .letim Özelli inin Kazand r lmas
1.1.7.1 Lif ve .plik Yap lar na Elektrik .letim Özelli inin Kazand r lmas .... 1.1.7.2 Kuma Yap lar na Elektrik .letim Özelli inin Kazand r lmas ……... 1.1.8 Ak ll .nteraktif Tekstil Malzemelerinin Kullan m Alanlar ……….
1.1.8.1 Askeri Alanda Kullan lan Ak ll -.nteraktif Tekstil Malzemeleri.…... 1.1.8.1.1 Mi ferler…….………... 1.1.8.1.2 Askeri Alanda Kullan lan Tekstil Esasl .nteraktif Sa l k Ürünleri.. 1.1.8.1.3 Tekstil Esasl Mekanizmalar Yard m yla A r Materyallerin
Kald r lmas ………... ii iii iv v 1 4 4 5 7 7 8 9 11 11 12 13 17 19 21 23 25 28 28 32 33 34
vii
1.1.8.1.6 Tekstil Esasl Klavyeler………...……….……… 1.1.8.1.7 Askeri Bar naklar/Siperler/Tenteler………... 1.1.8.2 T p Alan nda Kullan lan Ak ll -Interaktif Tekstil Malzemeleri………..
1.1.8.2.1 Ak ll Gömlek (SmartShirt®)……….……… 1.1.8.2.2 Ya am Gömle i (Life –Shirt®) ………...………. 1.1.8.2.3 Mamagoose®Bebek Pijamalar ………. 1.1.8.2.4 Ak ll Çoraplar……….. 1.1.8.2.5 Ak ll Büstiyer………... 1.1.8.2.6 T p Alan nda Geli tirilen Di er .nteraktif Ürünler……… 1.1.9 S cak ve So uk Ortam +artlar n n .nsanlar n Termal Dengesine ve
Performans na Etkisi………..………. 1.1.10 Vücut S cakl n n Ölçülmesinde Kullan lan Standartlar……..……….. 1.2 Çal man n Amac ……….………..
BÖLÜM K – ÖNCEK ÇALI MALAR…...……… BÖLÜM ÜÇ – MATERYAL METOD….………...
3.1 Materyal………..………...……… 3.1.1 Is t c Giysi Prototipi Sistem Bile enleri………... 3.1.1.1 Is t c Paneller………..…………. 3.1.1.2 Is t c l Giysi Prototipi Elektronik Devre Tasar m ………. 3.1.1.3 Kullan lan Devre Bile enleri………...
3.1.1.3.1 PIC 16F877 Mikro-denetleyici……….……... 3.1.1.3.2 “Pic Basic Pro” Yaz l m ………... 3.1.1.3.3 Dijital Gösterge Paneli (LCD) ve Tu Tak m Devresi…………. 3.1.1.4 S cakl k Sensörleri……….………. 3.1.1.5 Güç Kayna ………... 3.1.2 Ölçüm Sistemi………... 3.2. Metod……… 38 39 39 41 45 47 48 49 50 51 56 58 61 77 77 77 77 81 85 85 88 89 90 91 93 94
viii
4.2 Sistemin Çal ma Performans n n Denenmesi…...………...………….. 4.3 Ni-MH Pil Uygulamalar ……… 4.3.1 0oC Ortam +artlar nda Is t c Giysi Prototipi Üzerinde Yap lan Ölçüm
Sonuçlar ………... 4.3.2 5oC Ortam +artlar nda Is t c Giysi Prototipi Üzerinde Yap lan Ölçüm Sonuçlar ………... 4.4 Li-Ion Pil Uygulamalar ………..
4.4.1 0oC Ortam +artlar nda Is t c Giysi Prototipi Üzerinde Yap lan Ölçüm Sonuçlar ………... 4.4.2 5oC Ortam +artlar nda Is t c Giysi Prototipi Üzerinde Yap lan Ölçüm Sonuçlar ………... 4.5 Ni-MH Pil Uygulamalar na .li kin Kar la t rmalar………...
4.5.1 0oC Ortam S cakl nda Is t c Giysi Prototipi Üzerinde Yap lan
Denemelerin Kar la t rmalar ……….. 4.5.2 5oC Ortam S cakl nda Is t c Giysi Prototipi Üzerinde Yap lan
Denemelerin Kar la t rmalar ……….. 4.6 Li-Ion Pil Uygulamalar na .li kin Kar la t rmalar………
4.6.1 0oC Ortam S cakl nda Is t c Giysi Prototipi Üzerinde Yap lan Denemelerin Kar la t rmalar ……….. 4.6.2 5oC Ortam S cakl nda Is t c Giysi Prototipi Üzerinde Yap lan
Denemelerin Kar la t rmalar ………..
BÖLÜM BE – SONUÇLAR…...………. KAYNAKLAR ……….. 101 114 114 137 162 162 172 181 181 188 195 195 198 204 212
1
Lif ve tekstil materyallerinin tarihi, hayvan derilerinin yerine ilk kuma lar n kullan ld zamanlardan ba layarak binlerce y l eskiye dayanmaktad r. .lk ça lardan bu yana örtünme ihtiyac n n kar lanmas hedefiyle do an giyim ürünlerinden günümüz bilgi ça nda art k iklimsel koruman n yan s ra ba ka özellikler de beklenmektedir. 50 y l gibi bilim-teknoloji tarihi içerisinde k sa say labilecek bir zaman dilimi içerisinde lif ve tekstil endüstrisinde çok önemli geli meler kaydedilmi tir.
Günümüzde teknoloji giderek h zlanmakta ve sonuç olarak geli tirilen sistemler ve bunlar n bile enleri giderek küçülmektedir. Hiç üphesiz ki, tüm bu teknolojik geli imin h z giderek daha da artacakt r. Giderek minyatürle en materyaller benzerlerinden farkl la makta ve baz çok özel karakteristikleri bünyesinde toplamaktad r. Art k duyarl l k, kullan l olma, bilgi toplayabilme ve karar verebilme gibi özellikler tek bir üründe toplanabilmektedir.
Çevremizdeki pek çok ürün gün geçtikçe daha ak ll hale gelmektedir. Oysaki geçmi te belirli bir fonksiyonu yerine getirebilmek için say s z bile ene ihtiyaç duyulmaktayd . Ancak, art k ayn fonksiyonun gerçekle tirilebilmesi için çok daha az ayr nt gerekmektedir. “Minyatürle me” terimi sadece boyutsal bir küçülme de il, ayn zamanda bile en say s ve kompleksli inde de bir sadele me anlam na gelmektedir.
Geli en teknoloji ile birlikte, belirli boyutta “ak ll ” özelli e sahip elektronik gereçler, yukar da da belirtilen minyatürle me konsepti içerisinde günlük hayat m zda daha fazla paya sahip olmaktad r. Özellikle ki iye özel tüketim maddeleri dikkate al nd nda ki isel bilgisayarlar, dijital kameralar ve mobil telefonlar gibi elektronik ürünler harcamalar aç s ndan öncelikli tercih edilen sektörler haline dönü mü ler ve son y llarda tekstil ürünlerinden daha fazla ticaret hacmine sahip olmu lard r
Avrupa’da %7.1’den %5.1’e ABD’de ise %5.8’den %4.4’e dü mü tür (Albaum, 2003).Bu dü ü trendi günümüzde de devam etmektedir. Moda de i iklikleri, çe itli kampanyalar, fiyatlardaki indirimler gibi önerilen çözümler bile bu e ilimi tersine çevirememektedir. Bu sebeple yeni nesil tekstil ürünlerinin modern tüketiciler için bir ekilde cazip hale getirilmesinin bir yolu bulunmal d r.
. te bu noktada tekstil ürünlerinin giyinme/örtünme/ho görünme d nda baz ihtiyaçlar kar lama durumu ortaya ç kmaktad r. Modan n ana amac bireysel veya grupsal farkl l klar yaratman n ötesine geçmelidir. Bu do rultuda baz ilave fonksiyonlar n eklendi i “ak ll – interaktif tekstillere olan ihtiyaç” do maktad r (Cognis, 2005).
Bugün “ta nabilir olma”, bir çok gereç ve uygulama için temel özelliktir ve sa l k, ileti im, güvenlik, e lence, spor vs. gibi bir çok sektörde uygulama alan bulmaktad r. Ta nabilir sistemlerin en kompleks örneklerinden olan “.nteraktif Tekstil Uygulamalar ”n n gelecekte çok amaçl sistemler olarak geli meye aç k oldu u da net bir gerçektir. Giyilebilen interaktif-ak ll tekstil uygulamalar n n temel hedefi, günlük giysilerimizin bir parças haline gelmektir. . te ak ll sistem dizayn nda tekstil malzemelerinin kullan m n n ba lad nokta da buras d r. Konfeksiyon ürünleri, konforlu, ki isel, vücuda yak n, her zaman ve her yerde kullan lan ürünlerdir. Dolay s yla bu tür ürünlerin kullan m bir mecburiyet biçiminde de il, insan n do as gere i gerçekle mektedir. Sonuç olarak insan-makine etkile imi için en uygun ortamlardan bir tanesi, konfeksiyon ürünlerinin farkl fonksiyonlara sahip olacak ekilde de i ik bile enler ile donat lmas ve ak ll -interaktif hale getirilmesidir. Tüm bu geli meler, geleneksel tekstil ve konfeksiyon teknolojisi ile, malzeme bilimleri, yap sal mekanizmalar, sensör ve aktivatör teknolojisi, ileri i lemci teknolojisi, ileti im, yapay zeka, biyoloji, kimya alanlar n n ba ar l evliliklerinin bir sonucudur. Bu do rultuda ortaya ç kan ürünler, i dünyas , sa l k, ileti im, güvenlik sektörlerinde uygulama alan bulabileceklerini ispatlam ve olu turulan prototipler ba ar ya ula m t r. .lk ticari ürünler piyasaya sunulmaya ba lanm t r.
Tüm bu geli melerin bir sonucu olarak çok yeni bir alan olmas na ra men dünyada ak ll tekstil ürünlerine olan talep gün geçtikçe artmaktad r. +ekil 1.1’de çe itli alanlarda kullan lan interaktif tekstil ürünlerinin sat da l m tahminleri grafiksel olarak sunulmu tur.
+ekil 1.1 .nteraktif tekstil ürünlerinin sat miktarlar . (Business Communication Company, 2004).
Grafiksel gösterimden de anla laca gibi teknolojik geli melere paralel olarak ürün çe itlili inde önemli bir art gözlenmektedir.
Bir ba ka piyasa ara t rmas na göre 2005 y l itibariyle 304 milyon dolarl k ticaret hacmine sahip olan ak ll giysiler/interaktif tekstiller alan y ll k %28’lik bir büyüme potansiyel ile 2008 y l nda 642,1 milyon dolarl k bir seviyeye yükselmeyi hedeflemektedir (Vdc-Corp. 2006). Sektör henüz do u a amas nda olmas na ra men askeri, medikal, spor alanlar ndaki uygulama imkânlar ile çok yüksek bir geli me potansiyeline sahiptir.
1.1.1 Ak ll Giysi – Ak ll Tekstil Kavram
Tekstil makinelerinde i lenebilen ve kullan m amac na göre gerekli özellikleri ta yan malzemeler tekstil malzemelerinin esas n olu turmaktad r. Hiyerar ik olarak s n fland r ld nda temel hammadde olan liflere belirli bir düzen içerisinde büküm verilmesi ile iplikler, ipliklerin örme, dokuma teknolojileri vas tas yla bir yüzey olu turmas sonucunda da kuma lar meydana gelmektedir.
Adeta ikinci bir cilt gibi vücudumuzun d yüzeyini kaplayan kuma lar n son y llar n popüler deyimiyle “ak ll ” hale gelmesinin anlam nedir? Ana Britannica ansiklopedisine göre ak ll kavram , çevresel de i ikliklere kar kendi bünyesinde veya bizzat o çevrede de i iklik yaparak efektif bir ekilde adapte olma yetene idir. Ancak bir yap n n ak ll olarak nitelendirilebilmesi için ortaya koyulan net bir kural yoktur. Buna ilave olarak farkl sistemlerin otomasyon dereceleri ve ak ll olabilme seviyeleri de göz önüne al nd nda farkl tan mlamalarla kar la lmaktad r.
Ak ll malzeme kavram , ilk olarak 1989 y l nda Japonya’da tan mlanm t r. .lk ‘ak ll ’ tekstil yap s olarak 1979 y l ndaki biçimsel haf zal ipek ipli i kabul edilmektedir (Hongu ve Philips, 1990). Ancak Vigo ve arkada lar , 1929 y l nda Marsh ve arkada lar taraf ndan tasarlanan slak ve kuru artlarda selülozik kuma lar n k vr m kazanma yeteneklerini ak ll malzemelerin ilk örne i olarak kabul etmektedir (Vigo, 1997).
Ne tip tekstil malzemeleri ak ll d r? Bu tekstil kategorisini daha uygun bir ekilde tart abilmek için ak ll malzeme kavram n n tan mlanmas gerekmektedir: Mekanik, kimyasal, elektriksel, manyetik veya di er bir fiziksel kaynak taraf ndan üretilen uyar mlar veya ortam artlar n alg layabilen ve reaksiyon veren malzemeler ‘ak ll malzemeler’ olarak tan mlanmaktad r.
Ak ll yap lar için literatürde ayr ca u tan mlara rastlanm t r.
- Kontrol etmemize gerek olmaks z n etkilere tepki veren yap lar, - .çinde bulundu u çevreye duyarl olan yap lar,
- .çeriden veya d ar dan gelen etkilere tepki veren giysiler
- Baz olaylar kar s nda otomatik olarak aktif reaksiyon gösteren yap lar Sonuç olarak ak ll /zeki yap lar, tan mlanm baz çevresel etmenler kar s nda belirgin baz özelliklerini de i tirme yetene ine sahip yani reaksiyon veren yap lar olarak tan mlanabilir.
Son y llarda ya anan teknolojik geli meler, zaten hayat m z n bir parças haline gelen ileri teknoloji ürünlerini veya uygulamalar n art k “giysilerimizin” bir parças haline getirmi tir. .lk ça lardan bu yana örtünme ihtiyac n n kar lanmas hedefiyle do an tekstil endüstrisi, günümüz bilgi ça nda fonksiyonel, ak ll giysilerin-tekstil esasl yap lar n üretimini de gerçekle tirmi tir.
Ak ll tekstiler, gösterdikleri reaksiyonlara göre Zhang ve Tao taraf ndan 3 ana gruba ayr lm lard r: Pasif ak ll lar, Aktif ak ll lar, Çok ak ll lar (Zhang ve Tao, 2001),
- Pasif Ak ll lar: Sadece ortam artlar n ve uyar mlar n alg layabilirler - Aktif Ak ll lar: Ortam artlar n ve uyar mlar n alg lay p tepki
verebilmektedirler.
- Çok Ak ll lar: Ortam artlar n ve uyar mlar n alg lay p tepki verirler ve kendilerini yeni durumlara adapte edebilirler.
1.1.2 Pasif Ak ll Malzemeler
Ak ll malzemelerde 3 bile en bulunabilmektedir. Sensörler, aktivatörler ve kontrol birimleri. Sensörler, sinyalleri alg layan bir sinir a gibi çal maktad rlar. Bu sebeple pasif ak ll tekstil yap lar nda sensörlerin bulunma zorunlulu u vard r. Baz materyaller sadece sensörler gibi davran göstermektedirler. Optik lif yerle tirilmi kuma lar ile iletken kuma lar pasif ak ll tekstil yap lar na örnek olarak gösterilebilir.
Malzeme Biçim Alg2lanan sinyal Uygulama
Optik lif Safir, kuartz, plastik
Zorlanma, gerilim, bas nç, yer de i tirme, ivme, kimyasal konsantrasyon, elektrik ak m , manyetik alan Kuma esasl klavyeler, medikal giysiler, para ütler, üniformalar .letken lifler/iplikler Organze, paslanmaz çelik, metal kapl iplikler, polimer lifler
Bas nç, gerilim, optik, manyetizma, elektrik ak m, s cakl k, kimyasal konsantrasyon, Kuma esasl klavyeler, büstiyerler, battaniyeler, giysiler .letken polimer kaplama Bas nç, elektrik ak m, s cakl k, kimyasal konsantrasyon, gerilim Eldivenler, giysiler Piezo-elektrik
materyaller Film, lif Bas nç, s cakl k, akustik
Kompozitler, giysiler Biçimsel haf zal materyaller Lamine filmler, kaplamal kuma lar, lif
S cakl k, manyetizma,
kimyasal konsantrasyon Giysiler Bukalemunsu
yap lar
Kaplamal kuma lar, lif
S cakl k, k/radyasyon, kimyasal konsantrasyon Giysiler, eldivenler, ba l klar, tenteler Faz de i tiren materyaller Kaplamal
kuma lar, lif S cakl k
Kayak k yafetleri, botlar, eldivenler, yorgan, battaniye, iç giyim Di erleri Zorlanma, gerilim, s cakl k, bas nç, optik, yerde i tirme, ivme, manyetik, elektrik alan/ak m, kimyasal konsantrasyon,
Giysiler, ayakkab lar
Optik lif sensörler, kimyasal–biyolojik silahlar, normalin üzerindeki ortam s cakl klar ve toksik maddeler gibi çe itli tehditlerin belirlenmesinde kullan labilmektedir. Poliüretan diasetilen kopolimeri s cakl k alg lama uygulamalar için termokromatik materyal olarak kullan lmaktad r. Polianilin ise kimyasal alg lama uygulamalar nda foto-kimyasal polimer olarak seçilmi tir. Optik liflerin koruyucu bir tabaka yard m yla kaplanmas sonucunda bu hassas malzemeler yerine kullan m gündeme gelmi tir. Bu sayede alg lay c sistem yap lar tekstil malzemeleri içine yerle tirilebilmektedir.
Örne in pH alg lay c sensörler geli tirilmi ve askeri k yafetlerin içine yerle tirilmi tir. Sinir gazlar , elektromanyetik enerji, biyolojik-kimyasal maddelerin alg lanmas n n yan s ra bu sensörler kullan c y maruz kal nan maddeler konusunda uyarmaktad r.
1.1.3 Aktif Ak ll Malzemeler
Aktif ak ll malzemeler, pasif ak ll yap lardan bir ad m önde olarak sensör yap lar n n yan s ra aktivatör ad verilen yap lar da içermektedirler. Aktivatörler, direkt olarak veya merkezi bir kontrol birimi taraf ndan alg lanan sinyaller uyar nca görev yapan ve belirli mekanizmalar harekete geçirici etki yapan sistemler olarak tan mlanabilmektedirler. Aktif ak ll tekstil yap lar na; biçimsel haf zaya sahip, bukalemunsu, su itici, buhar geçirgen, s depolayan ve s düzenleyen, buhar absorbe eden, s üreten kuma lar veya elektrik s tmal giysiler örnek olarak verilebilir.
Bu aç dan bak ld nda bu yap lar u gruplar içinde s n fland r labilir; - Faz De i tiren Materyaller (Phase Change Materials-PCM) - Biçimsel Haf zal Materyaller (Shape Memory Materials-SMM) - Kromik Materyaller (Chromic Materials)
- Elektronik / .letken Tekstiller - Di er Ak ll Kuma lar
1.1.3.1 Faz De i tiren Materyaller (Phase Change Materials-PCM)
Bir malzemenin s nma ve so uma davran incelendi inde s cakl k art ile birlikte malzemenin s absorbe etti i, aksi durumda ise absorbe etti i s y d ortama verdi i görülür. Faz de i tiren materyallerin (PCM) erime ile donma/kristalle me s ras nda s cakl klar sabittir. Bu prensipten hareketle bir PCM, di er malzemelere nazaran daha fazla s absorbe eder. Tekstil malzemelerine entegre edilen PCM’ler sadece birkaç mikrometrelik küreler (mikro-kapsüller) içine yerle tirilmi lerdir, PCM mikrokapsüller olarak adland r l rlar. PCM’ler s düzenleme amaçl olarak kullan l rlar. Öncelikle giysi içerisine yerle tirilen PCM’ler vücuttan yay lan veya
aras nda yal tkan bir tabaka olu tururlar (Nostebo, 2003).
1.1.3.2 Biçimsel Haf zal Materyaller (Shape Memory Materials-SMM)
Biçimsel haf zal malzemeler, belirli fiziksel parametre aral klar nda o an bulunduklar ekilden önceden belirlenmi formlara dönü ebilen, etki ortadan kalkt nda da eski haline dönebilen malzemeler olarak tan mlanabilir.
Buradaki etken faktör genellikle s enerjisidir. Bu malzemeler, iki veya daha fazla s kademesinde stabil bir yap da bulunmaktad rlar. Bu s kademeleri aras nda iken dura an olan malzemeler de i im s cakl na ula t klar nda biçimsel bir farkl la ma gösterirler. Poliüretan, polyester-eter, polinorbonilen, poliisopren, stiren-bütadien kopolimeri gibi biçimsel haf zal polimerler sert ve yumu ak segmentlere sahiptir (Zhang ve Tao, 2001).
Bu tür malzemeler, a r s cak veya so uk ortam artlar kar s nda yal t m ve koruma özelli inin artt r lmas amac yla kullan lmaktad r. Konfeksiyon ürünlerindeki SMM’lerin aktive olabilecekleri s cakl k, insan vücudunun s cakl na yak nd r. Örne in SMM’ler aktive edildi inde giysi katmanlar içerisinde birbirine yak n olan tabakalar n aralar ndaki bo luklar artar. Böylece d ortam ile vücut aras nda s cakl k kayb n önleme amac yla bir bariyer tabaka olu turulmas amaçlan r.
Hem PCM, hem de SMM’ler ki inin fiziksel aktivitesi ve içinde bulundu u ortam artlar na (s cakl k, nem vb.) ba l olarak tepki vermektedirler (Nostebo, 2003). Biçimsel haf zal ala m kablolar ve biçimsel haf zal polimer filmler konfeksiyon sektöründe de uygulama alan bulmaktad rlar. Örne in .ngiliz Savunma Konfeksiyon & Tekstil Ajans ’ndaki ara t rmac lar kullan c y s ca a veya so u a kar koruyan bu tür malzemeleri içeren giysilerin geli tirilmesi üzerinde çal maktad rlar. Günlük giysilerdeki so uktan korunma, sabit bir giysi de erinin içerdi i yal t m katmanlar ile sa lanmaktad r. Sonuç olarak kullan c hava artlar ndan korunmak amac yla
uygun giysiyi seçme amac mdad r. Buna z t olarak de i ken bir yal t m de erine sahip k yafetler çok yönlülükleri ile öne ç kmaktad r.
Di er bir olas uygulama alan da k zg n ya gibi s cak ak kanlardan korunmad r. S cak ak kana maruz kalma an nda temas noktalar nda etki bir yal t m tabakas n n olu mas eklinde bir reaksiyon gerçekle ebilir.
Çok tabakal kuma sistemlerinde biçimsel haf zal ala m kullan m her bir tabaka aras ndaki yo unlu un de i tirilmesinde kullan labilir. Is yükseldi inde s ya kar korunma amac yla ek bir hava yal t m tabakas olu ur. Biçimsel haf zal polimer tabakas bir çok döngüyü olu turabilecek kapasitede olmal d r. En önemlisi de d bir müdahaleye ihtiyaç duymadan reaksiyona girebilmelidir.
Di er bir ilginç uygulama alan da su geçirmeyen-buhar geçiren tekstillerdir. Biçimsel haf zal tekstiller aç s ndan da de erlendirilebilecek bu mekanizmada, normal s cakl k de erlerinde su geçirmeyen yap da olan kuma yüzeyi belirli s cakl k de erlerinin üzerine ç k ld nda mikro gözenek yap s kazanarak buhar moleküllerinin geçi ine izin veren bir yap ya dönü mektedir. Diaplex ve Sympatex Stomatex gibi ürünler bu tür reaksiyonlara sahiptir. Bu tür kuma lar NBC (nükleer-biyolojik-kimyasal) koruyuculu giysilerde kullan lmaktad r.
1.1.3.3 Kromik Materyaller (Chromic Materials) – Bukalemunsu Materyaller Kromik malzemeler, ayn zamanda bukalemunsu liflerdir; yani çe itli çevresel artlar do rultusunda renk de i tirebilme yetene ine sahiplerdir. Bu grupta de erlendirilen ak ll yap lar n reaksiyona ba lang ç etkilerine göre ald klar isimler
Is Termo Elektrik Elektro
Bas nç Piezo CHROMIC
S v Solvent
Elektron n Carsol
Aktif ak ll tekstil yap lar n n bir di er örne i olan bukalemunsu tekstiller, belirli s cakl k, k, ultraviyole n vb etkiler sonucunda fiziksel ve kimyasal reaksiyonlar sonucu renk de i tirme kabiliyetine sahip olan tekstil yap lar d r. Bu reaksiyonlar n al nabilmesi için, tekstil malzemelerinin üretimi s ras nda örne in s ya duyarl baz özel boyar maddeleri içeren mikro kapsüllerin kuma yüzeyine aplike edilmesi gerekmektedir (Nostebo, 2003).
Toray Ind. taraf ndan geli tirilen bir çal mada çevre s s na ba l olarak reaksiyon veren boyar maddeler 4 temel ve 64 kombine edilmi renk 5°C üzerindeki farkl s cakl klarda renk de i tirebilmektedir.-40°C +80°C aral nda çal abilmektedir (Nanto 1989).
Koji, 1991 y l nda endotermik bir kuma n patentini alarak bu alandaki bir di er ürünü geli tirmi tir. Kuma , spesifik bir s aral nda termal renk de i imi, de i en renk durumlar nda yak n infrared nlar n absorbe etme, s absorbe etme ve s cakl k hissi sa lama gibi özelliklere sahiptir. Örne in 15°C’nin alt nda ye il renk alan kuma 15°C’nin üzerinde renksiz hale dönü mektedir (Koji, 1991).
S cakl ktan farkl olarak a duyarl bukalemunsu kuma lara bir örnek de Kanebo firmas n n geli tirdi i bir kuma t r. 350-400 nm dalga boyundaki optik ultraviyole nlara maruz kald ktan sonra beyaz renkten maviye dönü me özelli ine sahiptir. Bu tür uygulamalarda genellikle spiropiran tipi foto-kromik materyaller kullan l rken Kanebo firmas daha stabil bir bile ik olan spiro-oxazine’i kullanm t r (Hongu ve Philips 1990).
Benzer ekilde elektrik alan içerisinde, manyetik ortamlarda, çe itli kimyasal maddelere maruz kalma durumlar nda renk de i tirme özelli ine sahip olan kuma lar-tekstil esasl malzemelerle ilgili bir çok çal ma günümüzde devam etmektedir. Kuma lar n çe itli fiziksel etkiler sonucu renk de i tirmesi; kamuflaj kuma lardan yer ve duvar kaplamalar na, kayak k yafetlerinden gece k yafetlerine, askeri tentelerden bayan giysilerine dek çok de i ik uygulamalarda kullan labilmektedir.
1.1.3.4 Is ya Duyarl Tekstil Malzemeleri
Is depolayan ve s düzenleyici tekstiller, ortam s cakl ndaki de i imler uyar nca dü ük erime noktas na sahip maddelerin faz de i imleri ile s y absorbe eden, s y yayan ve s y aç a ç karan tekstil malzemeleri olarak tan mlanabilir. Özellikle uzay ortam ndaki a r s cakl k dalgalanmalar ndan astronotlar n ve uzay araçlar n n etkilenmesini önlemek amac yla tekstil malzemelerinin geli tirilmesi konusunda NASA taraf ndan ara t rmalar yap lmaktad r.
Is y absorbe eden kuma larla ilgili çal malar, di er yeni nesil malzemelere oranla daha eskidir. Örne in Vigo ve Frost 1980’lerin ortas nda faz de i tiren malzemeleri kullanarak liflerin termal özelliklerini modifiye etmi ler ve s depolama- s yayma özelliklerinden hareketle kuma lar termal olarak aktif hale getirmi lerdir (Vigo ve Frost 1985).
1.1.3.5 Elektronik / 3letken Tekstiller
Elektronik sistemler, bilgi ve verilerin i lendi i sistemlerdir. E er tekstil malzemeleri verileri kaydedebilme, analiz etme, depolayabilme, iletebilme veya görüntüleyebilme yetene ine sahip olabilseydi, ak ll -yüksek teknolojili konfeksiyon ürünleri aç s ndan yeni bir ça ba layabilirdi. Bu aç dan bak ld nda günümüz teknolojisinin ihtiyaç duydu u geli meler, ‘elektronik bile enlerin minyatürle mesi’, ‘tekstil malzemeleri ile entegrasyonu’ ve ‘elektronik fonksiyonlara sahip tekstil malzemelerinin üretilmesi’dir. Tekstil polimerleri, yal tkan özelli e sahiptir. Tekstil
iletken materyal ilavesi ile gerçekle tirilebilmektedir. Tekstil malzemelerine iletkenlik özelli inin kazand r lmas ile ilgili detayl bilgiler Bölüm 1.1.7’de verilmi tir. +ekil 1.2’de bir kuma yap s üzerine monte edilmi mikro-elektronik yap lar görülmektedir.
+ekil 1.2 Kuma yap s üzerine monte edilmi mikro-elektronik yap lar.
1.1.4 Çok Ak ll Malzemeler
Tekstil endüstrisinin gelece i olarak de erlendirilen çok ak ll tekstil yap lar çevresel ortam artlar n alg layabilen, içinde bulundu u duruma göre reaksiyon gösteren ve kendini bu duruma adapte edebilen yap lard r. Ak ll tekstillerin en üst seviyesidir. Geleneksel tekstil-konfeksiyon ürünleri ile malzeme bilimi, yap sal mekanik, sensör-alg lay c teknolojisi, ileti im, yapay zeka, biyoloji vs. gibi bilim dallar n n biraraya gelmeleri ile do mu tur.
Günümüzde en s k kar la lan ak ll giysiler, ceplerine mobil ayg tlar (MP3 çalar, radyo, telefon vb.) yerle tirilmi konfeksiyon ürünleridir. . te giyilebilen bilgisayarlar ile ak ll tekstil yap lar/giysiler’ in birlikte veya farkl anlamlarda kullan lmas da burada ortaya ç kmaktad r. Giyilebilen bilgisayar kavram , belirli bir i levi yerine getirebilmek için üretilmi elektronik sistemlerin konfeksiyon ürünleri üzerine monte edilerek ta nabilir hale getirilmesidir. +ekil 1.3’te giyilebilen bir bilgisayar örne i sunulmaktad r.
+ekil 1.3 Giyilebilen bilgisayar örne i. (Rantanen, 2001).
Ak ll tekstil yap lar ise elektronik, mekanik, manyetik, termal, kimyasal vb. bir çok bile enin tek bir sistem olu turabilmek amac yla tekstil yap lar ile entegre olmu bir biçimde bir ürün üzerinde olu turulmalar d r.
+ekil 1.4 Rijid bir elektronik sistemin tekstil esasl bir yap ya dönü türülmesi. (Lukowicz, Tröster 2000).
Özellikle u ana dek üretilen giyilebilen bilgisayarlar n oldukça hacimli parçalardan olu tu u görülmektedir. Tekstil malzemeleri ise bu sistemler içerisinde kablo, konektör, minyatür elektronik gereçler vb.için bir ta y c platform görevi yapmaktad r. Giyim konforu, hafiflik, esneklik, y kanabilirlik gibi tekstil malzemelerinin do as ndan kaynaklanan avantajlar ile elektronik sistemlerin fonksiyonlar n n verimli bir ekilde ayn sistem içerisinde bir araya getirilmesi bu alandaki çal malar n ana hedefidir.
1.1.5 Nano-Teknoloji
Yunanca’da cüce anlam na gelen "nano", günümüzde kelime anlam ile herhangi bir fiziksel büyüklü ün bir milyarda biri anlam na gelmektedir. Nano-yap lar uzunluk olarak bak ld nda yakla k 10-100 atomluk sistemlere (10-9 metre) kar l k
anlam ndad r. Nano-teknoloji nanometre ölçekli yap lar n analizi, imalat ve nano hassasiyette cihazlar n geli tirilmesi olarak özetlenebilir. Nano-teknoloji kavram bilim adamlar n n do ay izlemesi sonucu olu mu tur. Bu konuda ilk fikri ünlü fizikçi Richard Feynman 1959 y l nda ortaya atm t r. Özellikle 90’l y llar n ba lar na kadar oldukça yava ilerleyen nano-teknoloji ara t rmalar teknolojinin ve buna paralel olarak kullan lan cihazlar n geli mesi ile h z kazanm t r. Özellikle son y llarda geli mi ülkelerin Ar-Ge harcamalar nda nano-teknoloji daha fazla pay almaktad r. Materyal bilimi art k nano-teknoloji olmadan dü ünülemez hale gelmi tir. Günümüzde teknoloji 4 ana alandan olu maktad r. Bunlar nano-elektrik, nano-materyaller, moleküler nano-teknoloji ve nano boyutlu çözünürlü e sahip mikroskobik yap lard r.
Nano-ölçek seviyesinde malzemelerin özellikleri makroskopik ölçekten tamamen farkl olup nano-ölçe e yakla t kça birçok özel ve yararl olay ve yeni özellikler ortaya ç kmakta, normal sistemlere k yasla farkl özellikler gözlemlenmektedir.
Örne in normalde k r lgan bir malzeme olan seramik, tanecik büyüklü ü nanometre düzeyine indirildi inde kolayl kla deforme olup ekillendirilebilmektedir. 1 nanometre büyüklü ündeki alt n tanesi, k rm z renk göstermektedir. .laveten, nano büyüklükteki tozlarla takviyelendirilen kompozit malzemeler çok daha yüksek performans de erlerine ula maktad r. Nanobilim ve nanoteknoloji olarak nitelendirilen bu farkl l klar yakla k 10 seneden beri dünya ülkelerinin sivil-askeri bilim ve teknoloji stratejilerini belirler hale gelmi tir.
Örne in, iletim özellikleri (momentum, enerji ve kütle) art k sürekli olarak de il ancak kesikli olarak tarif edilmektedir. Benzer olarak, optik, elektronik, manyetik ve kimyasal davran lar klasik de il kuantum olarak tan mlanmaktad r. Böylece maddeyi nanometre seviyesinde i leyerek ve ortaya ç kan de i ik özellikleri kullanarak, yeni teknolojik nano-ölçekte ayg tlar ve malzemeler yapmak mümkün olmu tur. Örne in, tarama tünelleme ve atomik kuvvet mikroskoplar n kullanarak yüzey üzerinde atomlar iterek birbirlerinden ay rmak ve istenilen ekilde dizmek
mümkündür. Bütün bu geli meler, 19. yüzy lda dünyay yeniden ekillendiren sanayi devrimine e de er bir bilimsel ve teknolojik devrimi ba latm t r. Bu ekilde atom ve moleküller ile oynayarak tek molekülden olu an transistör ve elektronik ayg tlar gerçekle tirilmi tir ve dünyada birçok grubun aktif çal malar ile geli tirilmektedir. Bütün bu çal malar ve geli meler elektronik, kimya, fizik, malzeme bilimi, uzay ve hatta sa l k bilimlerini bir ortak arakesitte bulu turmu tur.
Önümüzdeki birkaç on y l içerisinde nano-teknoloji sayesinde süper-bilgisayarlara mikroskop alt nda bak labilecek, insan vücudunun içinde hastal kl dokuyu bulup iyile tiren, ameliyat yapan nano-robotlar bulunabilecek, insan beyninin kapasitesi ek nano-haf zalarla güçlendirilebilecek, kirlili i önleyen nano-parçac klar sayesinde fabrikalar çevreyi çok daha az kirletecektir. Yal t m, nakil ve ayd nlatma alanlar nda ciddi enerji kazan m sa layacak olan nano-teknoloji güvenlik alan nda ise biyolojik ve kimyasal etkenlere kar ön uyar amaçl kullan labilecektir. Gündelik hayat m zda kulland m z pek çok ürün imdiden nano-teknoloji temelli üretilmektedir ve güne ya da bunlardan biridir.
Ulusal güvenli i ilgilendiren konularda nano-malzeme bilimi, yeni savunma sistemlerinin geli tirilmesinde, haberalma/gizlilik konular na yönelik çok küçük boyutlarda ayg tlar n yap lmas nda kullan lacakt r. Birim a rl k ba na u andakinden 50 kat daha hafif ve çok daha dayan kl malzemeler üretilebilecek ve bunlar n sonucu olarak insan n günlük ya am nda kulland tekstil ürünleri gibi ürünler de i ebilece i gibi, uzay ara t rmalar nda ve havac l kta yeni roket ve uçak tasar mlar n n ortaya ç kmas mümkün olacakt r. Görüldü ü gibi nano-teknoloji, her geçen y l daha fazla uygulama sahas bulmakta ve dünya çap nda ilgi görmektedir. Nano-bilime bu nedenle yatay bilim denmektedir, çünkü tüm teknoloji sektörlerinde fiilen uygulanabilmektedir.
Nano-bilim ve nano-teknolojinin odak noktalar , dü ük boyutlarda bask n hale geçen boyut, s n r ve kuvantum etkileri gibi temel fizik ara t rmas içeren konular n yan nda, atomik boyutlarda görüntülemede deneysel yöntemlerin geli tirilmesi, Angström alt (10-10 metreden küçük) boyutlarda ölçüm yapabilme teknikleri, dü ük
edebilme, k z lalt ve morötesi radyasyonlara tepkisi kontrol edilebilir malzeme ve özel amaca yönelik ayg t geli tirme yöntemleridir. Bilgisayar ça n n ba lar olan 1950’lerden bu yana ortalama yakla k her 18 ayda bir bilgisayar performans n n iki kat na ç kt ve büyüklü ünün yar ya indi i bilinmektedir (Moore kural ). Bu kural 2020‘li y llara kadar geçerlili ini koruyacak; bu y llarda, üretilen bilgisayarlar moleküler boyutlara kadar gelip dayanacakt r. +u anda 40 milyon transistörlü bir i lemci, 2015 y l nda 5 milyar transistörden olu acakt r. Bu ekilde bilgi i leme h z oldukça artarken enerji kullan m çok aza indirilebilecektir.
Analistler nano-teknoloji ürünlere ait pazar n u anda 2.5 milyar euro oldu unu tahmin etmekte ve 2010 y l nda pazar n büyüklü ünün yüz milyar n üzerine ç kaca öngörüsünü dile getirmektedirler. Avrupa, Amerika ve Japonya ile k yasland nda nano-teknoloji konusunda bas l yay nlar anlam nda önde görülmektedir. Patent ba vurular na bak ld nda Avrupa'n n pay n n % 36, Amerika'n n ise % 42 oldu u görülmektedir. 2004 y l nda yap lan bir Pazar ara t rmas na göre y llar baz nda nano-teknoloji ürünlerinin art miktarlar Tablo 1.2’ de gösterilmektedir.
Tablo 1.2 Nano-teknoloji pazar nda ya anan art oranlar (Business Communications Company, 2004)
Nano boyutta üretim yapmak için ara t rma ve fabrikasyon alan nda yeni disiplinler aras bir yakla m gerekmektedir. Kavramsal anlamda bu üretim 2 ekilde yap labilmektedir: ilki mikro sistemlerden ba lay p bunlar küçülterek ilerlemek (yukar dan-a a ya) ve ikinci olarak moleküler düzeyden yap ta lar na ula mak (a a dan yukar ya) eklindedir. .lk yöntem montajla ili kilendirilebilirken; ikinci teknik, senteze dayanmaktad r.
Teknoloji 2002 2003 2008 Y2ll2k Ortalama Art2D (%)
2003-2008
Nano-malzeme 6,825.6 7,366.6 21,424.8 23.8
Nano-araç 168.0 181.0 1,241.0 47.0
Nano-ayg t 0 0 6,030.0 NA
1.1.5.1 Tekstilde Nano-Teknoloji
Nano-teknoloji yeni bir teknoloji devrimi olarak alg lanmakta ve bu teknolojinin 2025 y l na kadar geli me sürecini tamamlay p hayat n her alan na girece i tahmin edilmektedir. Önümüzdeki 10 y l içinde 3 trilyon dolar pazar pay na sahip olaca dü ünülen nano-teknoloji, bir çok ülke taraf ndan kritik ve öncelikli alan olarak desteklenmektedir.
Tekstilde nano-teknoloji uygulamalar , nano-tekstiller olarak adland r lmaktad r. Nano-tekstil tan m , nano-teknoloji uygulamalar sonucu elde edilen tüm tekstil yüzeylerini ifade etmektedir. Do al ve sentetik bütün tekstil ürünlerinin yap ta lar moleküllerdir. Bu moleküller lif olu turacak ekilde dizilirler, lifler de iplik eldesi için kullan l r. Bir kuma n kullan m performans n geli tirmenin kal c yolu kuma meydana getiren liflerin, moleküler düzeyde takviyelendirilmesiyle mümkündür.
Tekstilde kullan lan malzemelere nanometre boyutlar nda farkl özellikler kazand r lmas , çok önemli geli melere yol açacakt r. Nano-teknolojinin tekstil endüstrisindeki günümüzdeki uygulamalar lif, iplik, kuma , dokusuz yüzey, boyama ve kaplama gibi terbiye i lemleri, elektronik tekstiller, elyaf modifikasyonu ve katma de erli ürünlerdir. Dü ük kimyasal kullan m ; dü ük enerji maliyetleri; tutum, mukavemet, hava geçirgenli i, slanma gibi fiziksel ve mekanik özellik kayb n n az olmas nano-teknolojinin tekstil ve giysi uygulamalar nda kullan lmas n n sebebidir
Tekstil ürünleri, onlara de i ik özellikler kazand ran nano-teknoloji sayesinde çok fonksiyonlu hale gelmektedir. Bu alanda geli melerin öncüsü askeri giysiler olacakt r. Yeni üniformalar n sahip olmas arzu edilen özellikleri aras nda kamuflaj desteklemek üzere renk de i tirme, faz de i tiren malzemeler ile k r k durumunda destek vazifesi görecek biçimde s k la ma ve hatta yapay kas geli tirme ve enerji depolayabilme gibi özelikler yer almaktad r. Nano-sensör ili tirilmi kuma lar, askerin vücut sinyallerini t p merkezine iletecek, kuma taki entegre ileti im ve dola m ekipmanlar ile yaral askerin sa l k bilgileri ve konumunu merkeze bildirerek müdahale h z n artt racakt r. Nano-teknoloji ile üretilmi üniformalar
kimyasal tehlike durumuna moleküler düzeyde adapte olarak geçirgenli ini kaybedecek ekilde tasarlanmaktad r. Ayn ekilde t p alan nda anti-mikrobiyal kaplamal k yafetler vücudun dermatolojik konforunun teminini mümkün k lar. .laveten t bbi yaralar n h zl tedavisi, kontrollü ilaç al m veya yaral bölgenin rahat nefes alabilirli inin sa lanmas gibi konularda nano-teknolojiden faydalan lmas amaçlanmaktad r.
Lifte Nanoteknoloji:Nanoteknolojinin tekstil endüstrisindeki uygulamalar ndan
bir tanesi; PP (Polipropilen), PA (Poliamid), PES (Polyester) gibi geleneksel liflerin nano boyutta üretilmesidir. Nefes alabilen lamineler ve geni gözenekli yap sa lanarak üretilen yüksek emicili e sahip lifler gibi elyaf n son kullan m alanlar n geni letmek amac yla, lifin elektriksel, s l, mekanik ve kimyasal özellikleri nanoteknoloji sayesinde geli tirilir. T bbi tekstillerde yüksek spesifik yüzey al m gereklidir. Polimer nano-lifler, nano-boyuttaki çaplar ve uzun lif boylar sayesinde t bbi tekstillerin vazgeçilmez malzemelerdir. Çok duvarl karbon nanotüpler kullan larak, iplik prosesinde büküm esnas nda belirgin mukavemete sahip çok katl iplik olu turulabilir. Elektrospinning tekni iyle üretilen polimer nanolifleri içeren yeni nonwovenlar, fonksiyonel son kullan m ürünlerine olanak sa lamaktad r. Örne in yüksek çevre standartlar n kar layan yüksek performansl filtreler üretilmektedir. Nano-tüp içerikli kompozit malzemeler, iplik e irme i lemini ve son ürünü geli tirir.
Dokuma ve örme kumaDlarda nano-teknoloji: Omuz ve by-pass
ameliyatlar nda yararlan lan dokuma ve örme damar dokular gibi t bbi tekstil araçlar nda nano-teknoloji kullan labilmektedir. Yara iyile tirici tekstil yüzeyleri kronik yaralar, sava yaralanmalar , trafik kazalar nda olu an yaralar gibi durumlarda en gerekli tedavi ürünleridir. Kendili inden ayd nlatma özelli ine sahip bir masa örtüsü, farkl mekanlar n yarat lmas nda kullan labilecek, rengarenk ve devaml renk de i tiren kostümler, özellikle moda endüstrisinde yeni ufuklar açabilecektir.
Boyama iDleminde nanoteknoloji: Nano-teknoloji boyama i leminde de önemli
yüzey alan na sahip olduklar ndan dolay nanokil olarak tan mlanan malzemeler anyonik, katyonik ve nötr boyalar için emici madde olarak kullan lmaktad r. Boya emilimini geli tirmek için emici madde, polimere fiziksel olarak eklenir. Nakilden yap lm emici maddenin boya emme yetene inden dolay kompozitten yap lm olan tekstil yüzeyleri çok iyi bir boyanabilme, renk hasl , boyamada daha az maliyet ve at k su ar t lmas nda daha az problem gibi özelliklere sahiptir. Ayr ca nanokil’ler, tekstil malzemelerinin dayan m modülü, UV geçirgenli ini ve alev iticili ini geli tirici fonksiyonlara sahiptir.
Terbiye iDleminde nanoteknoloji:Nano parçac klar n n tekstil yüzeylerine
uygulaman n en yayg n yolu kaplama yöntemidir. Tekstil yüzeyini modifiye eden nano parçac klar, yüzey aktif madde, bile en ve ta y c ortam kaplaman n yap ta lar d r. Kuma yüzeyi kaplamada kullan lan spreyleme, transfer bask , y kama, çalkalama, emdirme gibi tekniklerin yan nda nano-teknoloji yard m yla da tekstil yüzeylerine su-leke iticilik, k r ma dayan m , antibakteriyel, antistatik, alev iticilik, UV koruyuculuk, renk de i tirebilme, s l yal t c l k gibi özellikler kazand r l r.
Görüldü ü gibi tekstildeki nano-teknoloji uygulamalar gelecekte tekstil malzemelerinin kalite performans n n artt r lmas na, yeni özelliklerin geli tirilmesine ve üretim teknikleri ile geli mi ak ll ve yetenekli tekstiller ile e i benzeri görülmemi i levler sonucunda yeni kullan m alanlar n n olu turulmas na olanak tan yacakt r. Nano-teknoloji tekstil alan nda gelecekte muhakkak büyük bir yer tutacakt r. Nano-teknoloji için tahmin edilen hedef 10 y l içerisinde yüz milyonlarca dolar de erinde yeni materyal üretilerek tekstil ticaretine yön vermesi olacakt r.
1.1.6 Elektronik ve Tekstil Malzemelerinin Entegrasyonu
Günümüzde geli en teknolojiye paralel olarak konfeksiyon ürünlerine iyi görünme, iklim ko ullar ndan koruma gibi geleneksel kullan m amaçlar ndan farkl baz yeni fonksiyonlar, yeni anlamlar yüklenmektedir.
malzeme gibi tekstil esasl malzemeleri de fonksiyonel bir ekilde de i ik uygulama alanlar nda uygulama potansiyeline sahiptir. Bu do rultuda konfeksiyon ürünlerine yönelik olarak devrim niteli inde olan bir geli me tekstil esasl malzemeler yard m yla sinyal transferinin mümkün k l nmas d r. E er konfeksiyon ürünleri ile veri kaydetme, analiz etme, depolama, gönderme veya gösterebilme özelliklerine sahip olabilirse ak ll -ileri teknoloji ürünü konfeksiyon mamülleri için yeni bir boyuta ula lm olacakt r.
Malzeme özellikleri aç s ndan incelendi inde tekstil ve elektronik materyallerinin bir arada kullan lmas – entegrasyonu ilk a amada pek pratik gözükmemektedir. Tekstil malzemeleri yumu ak ve esnek yap lar olup el ve göz gibi duyu organlar ile de erlendirmeye uygundurlar. Kullan m alanlar na yönelik olarak özellikle a nmaya ve y kamaya kar dayan kl olmas gibi özellikleri sebebiyle elektronik malzemelerden kesin bir ekilde farkl la maktad r.
Tekstil malzemelerinden farkl olarak genellikle sert aksamlarla korunan küçük ve rijid yap lar olan elektronik malzemeler kesin ve hassas üretim prosesleri sonucunda elde edilen iyi tan mlanm net özellikleri ile karakterize edilmektedir.Tablo 1.3’te tekstil ve elektronik malzemelerin kar la t r lmal özellikleri verilmi tir.
Tablo 1.3 Tekstil ve elektronik malzemelerin kar la t rmal özellikleri (Kirstein, Bonan, Tröster, 2002)
Fiziksel özelliklerin farkl l ndan kaynaklanan üretim ve i leme problemleri olsa da zaman içinde geli tirilen çe itli prototip ürünler ve malzeme teknolojilerindeki geli melerle birlikte önemli yol kat edilmi tir.
Elektronik Malzemeler Tekstil Malzemeler
Rijid Esnek yap lar
Sert yüzeyler Yumu ak yüzeyler Küçük yap lar Sa lam yap lar Hassas Y kanabilir
Sert aksamlarla korunmaktad r Deneysel ürün geli tirme Kesin ve net üretilirler S n rs z üretim prosesleri
.yi tan mlanm özellikler Kullan m amac do rultusunda kalite özellikleri belirlenebilir
.letken tekstillerin elektrik özellikleri veya tekstil ve elektroni in nas l ba da t r laca na ait sofistike teknolojilere ihtiyaç duyulmaktad r. Bu aç dan tekstil ve elektronik malzemelerini birbirine entegre edilmesindeki ilk dü ünce kuma lar arac l ile elektrik ak m n n iletilebilmesidir. Ancak bu i levin tam olarak ba ar lmas n n ard ndan ürün olu umu ile ilgili ad mlar at labilecektir. Bu amaçla ilk a amada kuma lar dokunurken bak r esasl lif inceli inde iletken teller veya iplik boyutlar ndaki kablolar kullan lm , ancak daha sonra teknolojik geli melere ba l olarak çe itli yöntemlerle tekstillere elektrik iletim özelli i kazand r lm t r.
1.1.7 Tekstil Malzemelerine Elektrik letim Özelli0inin Kazand2r2lmas2
Do al kaynakl tekstil malzemeleri yap lar gere i yal tkan özelliktedir, yani elektri i iletmemektedir. Di er taraftan tekstil endüstrisinde kullan lan sentetik lifler polimerlerden yap lmaktad r. Polimerlerin organik kombinasyonlar elektrik ak m n n iletilebilmesi için gerekli olan serbest elektronlar sa layamamaktad r. Sentetik tekstil liflerinin üretiminde kullan lan polimerlerin tipik özgül dirençleri 1010 m seviyesinden daha yüksektir. Bu durum ise elektri i çok iyi yal tan bir malzemenin özelliklerine uyum sa lamaktad r. Sonuç olarak, elektrik izolasyonu d nda herhangi bir elektriksel uygulama için bu tür malzemelerin kullan lma ihtimali yoktur. Elektri i iyi ileten tekstil malzemelerine ihtiyaç duyulmas nedeniyle malzeme geli tirme amaçl bir çok ara t rma bulunmaktad r. Bu noktadan hareketle iletken metalik lifler ile tipik yal tkan tekstil liflerini kar t rmak suretiyle yap lm çal malar vard r. Benzer ekilde bak r, gümü , paslanmaz çelik lifler de kullan lm t r. Ancak hem ince metalik liflerin üretimi hem de onlar n i lenmesi baz zorluklar yaratmaktad r. Tipik sentetik liflerden daha sert olduklar ve iplik üretim a amalar nda sorun yaratt klar için geleneksel iplik e irme makinalar bu tür malzemeleri i leyememektedirler. Üretilen malzemeler ise çok az esnektir ve a rl klar fazlad r. Bu metotlar n d nda belirli elektrik özellik kazand rmak amac yla al lm tekstil liflerinin modifikasyonunu hedefleyen çal malar da bulunmaktad r (Vassiliadis, Provatidis, Prekas, Ranguss, 2004).
geli meler sonucunda bir yanda var olan malzemelere iletkenlik özelli i kazand r l rken bir yandan da elektrik iletkenlik özelli ine sahip yeni yap lar geli tirilmi tir. Elektriksel özelliklere sahip tekstil ürünleri elektro manyetik alanlardan korunma, statik elektri in bo alt lmas , s tma amaçl kullan m gibi farkl alanlar nda uygulama alanlar nda kullan lmaktad r. Bu ürünlerde kullan m alan na göre belirli büyüklükte bir kuma yüzeyinin iletken olmas gerekir. Oysa ki, veri iletimi ayr iletim hatlar gerektirir. Veri iletimi için yüksek iletkenlik gerekmektedir. Tamamen iletken materyallerden olu an devaml lifler (iletken polimerler veya metalik lifler) bu amaç için en uygun olanlar d r. Ancak bu filamentlerin tekstil üretim proseslerinde i lenmeleri çok zordur. Özellikle iletken polimer lifler kolay k r lmaktad r ve maliyet aç s ndan oldukça pahal bir üretim tekni ine sahiptirler. .nce metal filamentler de tekstil uygulamalar nda kullan lmaktad r. Tablo 1.4.’te iletken tekstillerin olu umunda kullan lan olas malzemelerin bir özeti verilmektedir. Tablo1.4 .letken tekstillerin olu umunda kullan lan olas malzemeler (Kirstein ve ark., 2002)
Lifler
- Filamentler / Metal veya iletken polimerlerden yap lm lifler - Metal veya karbon dolgulu lifler
- Metal veya iletken polimer kapl lifler .plikler - E rilmi iplik - Filament iplik - Katl iplik - Kaplamal iplik Kuma lar - Dokuma kuma - Örme kuma - Örgü eritler ve kord’lar
- Nak eklinde i lenen desenler veya jakarl dokumalar
Elektrik devrelerinde iletken tekstillerin kullan m ilk kez MIT (Massachusetts Institute of Technology) Medya Laboratuarlar ’nda bir ara t rma projesi kapsam nda gerçekle tirilmi tir. E-Broidery (E-Nak ) ba l kl bu projede iletken hatlar nak
eklinde i lenmi metal lifler veya ince bir bak r tel etraf na yerle tirilmi ipek ipliklerin dokunmas ile olu turulmu tur (Post, Orth, Russo, Gershenfeld, 2000).
Bilindi i gibi klasik anlamdaki kablolarda iletken yap d ortamdan yal t lmakta bunun içinde özellikle kablolar n d katmanlar na yal tkan özellikte plastik vb koruyucu tabakalar yerle tirilmektedir. Benzer ekilde iletken liflerin ortamdan yal t lmad durumlarda ana problem k sa devre ve korozyona kar koruma gereksinimidir. Bu konu ile ilgili yeni bir yakla m ise bir kaplama tabakas ile yal t lm metal liflerin kullan lmas d r. Bir kuma içinde dokundu unda bu tür materyaller tek tek yönlendirilebilen kablolardan olu an bir a yap s olu turabilmektedir. Öte yandan yal t lm lif/iplikler yal t m tabakas zarar görmeksizin y kama ve k vr lma gibi tipik tekstil i lemlerine dayanabilmektedir.
1.1.7.1 Lif ve 3plik Yap lar na Elektrik 3letim Özelli inin Kazand r lmas
Yeni tip iletken lifler, tekstil ürünlerindeki statik yükü azaltt gibi s t c l tekstil materyallerinin konstrüksiyonlar nda da kullan lmaktad r. Bu alanda üretilen ürünler incelendi inde iletken tellerin-liflerin iplik üzerine yerle iminin gev ek yap l veya iplik üzerine büküm verilerek kullan ld görülür. +ekil 1.5’te iletken tellerin iplik ve kuma yap lar içerisine yerle tirilme biçimleri verilmi tir.
+ekil 1.5 .letken özelliklere sahip lif ve ipliklerin tekstil yap lar içerisine yerle imi (Toone, Chen, 2001).
.letken ipliklerde kullan lan lifler metalik esasl olabilece i gibi iletken yap kazand r lmas amac yla modifiye edilmi sentetik esasl lifler de olabilmektedir.
Paslanmaz Çelik: Her türlü iplik ile kar m yap labilmekte ve uygulama alan na
yönelik olarak iplik, kuma ve non-woven ürünler üretilebilmektedir. Özellikle statik elektriklenmenin önlenmesi, s tma, ak ll tekstil uygulamalar , sinyal transferi,
bir uygulama potansiyeline sahiptir.
GümüD Kaplama: PA6, PA6.6 gibi bir tekstil lifinin yüzeyine kal c olarak
gümü kaplanmas i lemi sonucunda olu turulan ürünler, gümü kaplama i lemine örnek olarak gösterilebilmektedir. Kaplama i lemi sonucunda ürün tekstil özelliklerini ve dokunsal özelliklerini korumaktad r. Özellikle antimikrobiyal karakteristikleri sayesinde medikal uygulamalar için son derece uygundur. Stapel liflerin 2.0, 3.8 veya 5.5 dtex’lik alternatifleri mevcuttur. Ürün ayn zamanda filament olarak da üretilmektedir. Elektriksel iletkenlik özelli in lif çap na ba l olarak de i mektedir.
Bak2r Kaplama: Bak r kaplama i lemi uygulanm ipliklerin d katman nda
iletken özelli e sahip bak r sülfür tabakas bulunmaktad r. As l lif içeri ini akrilik veya naylon lifleri olu turmaktad r. Metal kaplama veya karbon bile ikleri gibi as l lif içeri inden tamamen farkl bir yap yerine lif ile kimyasal ba yapm olan ‘bak r sülfür’ kullan lmaktad r. Bu ekildeki bir yap , özellikle fiziksel a nmalara kar yüksek bir dayan m sa lamaktad r. Sahip oldu u bak r bile eni sebebiyle elektriksel özelliklerinin yan s ra özellikle hijyenik veya medikal uygulamalarda anti mikrobiyal ajan olarak da kullan labilmektedir.
Karbon/Grafit Lifleri: Yüksek teknoloji ürünü olan karbon veya grafit lifleri
piroliz (yanma) ve s l i leme tabi tutulan sentetik liflerin karbon ve grafit elyaf na dönü türülmesi suretiyle veya zift kullan m n esas alarak üretilmi tir. Elektriksel iletkenlik aç s ndan önemli avantajlara sahip olan karbon lifleri grafit halinde, çok yüksek s l iletkenli e sahiptir. Bak ra göre dörtte bir a rl kta olan Grafit/Karbon elyaf n n termal iletkenli i bak r n üç, dört kat d r. Bu özellik yeni uygulama alanlar n da beraberinde getirmektedir. Karbon lifi, demet, erit ve kuma halinde üretilmektedir.
Inox Kablolar: Polivinil alkol lifleri, ince inox kablolar ile kar m halinde
sar lmaktad r. Bitim i lemleri s ras nda kimyasal i lemler ile çözünen PVA iplik ortamdan uzakla makta ve geriye % 100 Inox bir yap kalmaktad r.
Karbon Bi-komponent: .ki polimeri birlikte kullanarak yap lan bikomponent
iplikler, her iki polimerin üstün özelliklerini istekler do rultusunda tasarlanan ekilde kullanmay sa lamaktad r. Karbon liflerinin elektrik iletkenlik özeliklerinden yararlanmak ve avantaj geleneksel tekstil lifleri ile entegre etmek amac yla karbon lifi içeren bi komponent yap da (çift bile enli) iplikler de elektrik iletimi amac yla kullan lmaktad r.
1.1.7.2 Kuma Yap lar na Elektrik 3letim Özelli inin Kazand r lmas
Tekstil kuma lar n n iletkenli ini geli tirme konusunda yap lm ilk yakla m metalik tellerin ve ince metalik bantlar n kullan lmas d r. Metalik teller kuma yap s içerisine bir a gibi örülürler ve kuma a gerekli elektriksel iletim özelli ini kazand r rlar. Kuma n elektrik iletkenli i, tel çap ile kuma yap s içindeki tel yo unlu u sayesinde kontrol edilir. Bu metod esas olarak son derece s n rl esnekli i, artan a rl ve son ürünün formu ile ilgili problemler taraf ndan karakterize edilen kuma lar n üretimiyle sonuçlanmaktad r. .stenilen ekilleri olu turmak için iletken kuma lar belirli biçimlerde kesilmek zorunda kal n rsa örülen tellerin devaml l kesilece i için iletkenlik sabit kalamaz. Bununla birlikte bu yöntem, sonuçta elektromanyetik koruma gibi özel uygulamalar için uygun kuma lar n olu turulmas imkan n sunmaktad r (Yajima,Yamada,Tanaka, 2002, Vassiliadis ve ark. 2004).
.letken iplikler/metalik iplikler entegre edilmi tekstil esasl kuma yap lar n n baz örnek görüntüleri +ekil 1.6’da verilmi tir.
metotlar geli tirilmi tir. Baz çal malar do rudan kuma konstrüksiyonuna müdahale edilmeksizin, liflere herhangi bir ön modifikasyon yap lmaks z n elektri i ileten kuma üretilmesi yönündedir. Bunlar n en ilginçleri u ekilde s ralanabilir (Vassiliadis ve ark., 2004).
KumaDlara antistatik madde emdirilmesi: Üretim i leminin sonuna do ru
kuma lara antistatik malzemeler (ço unlukla karbon dolgulu reçineler) emdirilir. Sonuçta elektri i ileten malzemeler elde edilir, ancak elektriksel özellikler kararl de ildir ve iletkenlik yeterince yüksek de ildir.
KumaDlar2n ve dokusuz yüzeylerin iletken malzemelerle kaplanmas2:
Denemeler polimer ve ço unlukla da polypirol (PPy) kullan larak yap lm t r. Bu metot tatmin edici sonuçlar vermekle birlikte baz dezavantajlar da ortaya ç karmaktad r. Örne in kaplama, kuma n yap s n etkilemekte, iplikler ve lifler birbirine ba lanmaktad r. Kuma n kullan m esnas nda maruz kald deformasyonlar, yap n n ba taki geometrisine zarar vermektedir. Lif ve iplikler aras ndaki hareket, kaplama malzemesinin süreklili ini kopararak elektriksel direncin artmas na veya elektrik ak m yolunun kesilmesine yol açabilir. Baz ara t rmac lar çal malar nda elektrik ileten polimerleri kullanarak iletken lif üretimi üzerinde durmu lard r. Polyanilin, polyamid-11, polivinil alkol gibi polimerler ilginç elektriksel özelliklere sahiptir ve tekstil liflerinin üretiminde kullan labilmektedir. Ancak bu tür liflerin esnekli inin s n rl olmas uygulama alanlar n azaltmaktad r. Ara çözüm olarak iki yap malzemesinin özelliklerini birle tirmek için iletken polimerler ile yayg n tekstil liflerinden yap lm harmanlar n kullan lmas önerilmektedir. Literatürde geçen baz çal malar u ekilde özetlenebilir (Vassiliadis ve ark. 2004);
Elektroiletken bileDiklerin tozuyla doldurulmuD polimerler: Liflerin içerisine
karbon ve metal tozu gibi dolgu maddeleri % 25 veya daha fazla oranda dolgu malzemesi olarak kullan ld nda baz olumlu sonuçlar elde edilmi tir (Toyo, 1993, Vassiliadis ve ark., 2004). Ancak ne yaz k ki bu denli büyük partiküllerin
kullan lmas liflerin baz mekanik özelliklerini olumsuz yönde etkilemekte ve al lm tekstil uygulamalar nda kullan mlar n s n rlayabilmektedir.
Vakumla metal serme: Bu metot, alüminyum gibi metal partiküllerinin fiziksel
i lemler ile liflere koyulmas n hedefler. Partiküller lifin gövdesine kuvvetli bir ekilde ba lanmam t r. Dü ük adhezyon, zay f sonuçlar do urur. Bu metot yaln zca çok ince bir metal tabakas istendi inde uygulan r. Daha fazla elektrik iletkenli i gibi daha iyi elektriksel özellikler, kolayca elde edilemeyen daha kal n metal kaplamalar gerektirir.
Galvanik kaplama: Lifler galvanik bir i leme tabi tutulur ve metal bir film ile
kaplan r. Teorik olarak kontrol edilebilir sonuçlar vermesine ra men bu metodun zaten elektrik iletken liflere ihtiyaç duymas as l dezavantajd r. Böylece esas uygulamas , karbon ve grafit lifleri ile s n rl d r.
Kimyasal kaplama: .yi elektriksel özelliklerin elde edilebilmesi için en uygun
metotlardan biridir. Bu i lem, liflerin metal tuzlar n ald , daha sonra da indirgenmesiyle metal tozlar n n liflerin üzerinde kald bir banyo içerisinde liflerin i lenmesini esas al r. Kimyasal kaplamadan sonra lifler gerekli elektriksel özelli e ve homojen bir metal da l m na sahip oldu u için bir ad m sonra galvanik i leme tabi tutulabilir (Bertuleit 1990, Vassiliadis ve ark. 2004). .leriki a amalarda geleneksel tekstil lifleri gibi i lenebilirler. Teknik olarak karma kl k, bu metodun esas dezavantaj d r. Maliyetlerin yüksekli i de di er bir olumsuzluktur.
Tekstil malzemelerinin içine iletken yap lar n yerle imi ve bu do rultuda gerçekle tirilen yeni yakla mlar konfeksiyon ürünleri vas tas yla veri iletiminin gerçekle tirilmesi konusunda yeni perspektifleri ortaya koymu tur. .lk a amada bu tür iletken kuma lar n elektrik özellikleri ara t r lm t r. Tekstil iletim hatlar n n teorik model geli imi, tekstil kablolar n n performans tahminlenmesini ve sinyal hatlar n n konfigürasyonunun optimize edilmesini sa lam t r. Bu sonuçlarla sensörlerin ve bilgi-i lem birimlerinin tekstil kablolar na entegrasyonu mümkün hale gelmi tir. Di er a ama, elektrik devrelerinin tekstil yap lar üzerine yerle tirilerek
tamamen giyilebilen ve belirli bir amaca yönelik tekstil esasl elektronik yap lar için her iki malzeme grubunun entagrasyonu esast r. Bu aç dan tekstil esasl iletim hatlar n n kullan m büyük avantajlar sa lam t r. +ekil 1.7’de tekstil ve elektronik yap lar n entegrasyonuna örnek bir yap görülmektedir.
+ekil 1.7 Tekstil ve elektronik entegrasyonuna örnek bir yap (Linz, Kallmayer, Aschenbrenner, Reichl, 2005).
1.1.8 Ak ll (nteraktif Tekstil Malzemelerinin Kullan m Alanlar
1.1.8.1 Askeri Alanda Kullan lan Ak ll -3nteraktif Tekstil Malzemeleri
Askeri alanda kullan lan malzemelerin tarihi binlerce y l öncesine uzanmas na ra men, bu alandaki devrim niteli indeki geli meler özellikle 19. yüzy l n ikinci yar s ile 20 yüzy lda gözlenmektedir. .ki dünya sava n n gerçekle ti i 20. yüzy l, teknolojik ara t rmalar n ve geli tirilen ilk örneklerin askeri alanda yo unla mas na yol açm t r. Teknolojik geli melere tekstil bilimi aç s ndan bak ld nda, örne in cam lifi esasl yap lar, arapnel ve kur una dayan kl vücut z rhlar , kimyasal maddelere kar koruyucu kuma lar, lif takviyeli kompozit yap lar gibi son 50 y lda tekstil endüstrisinde yap lan yeniliklerin ço u askeri uygulamalar ile ba lam t r. Teknolojik geli melerin neden özellikle askeri uygulamalar ve yan ürünlerde odakland sorusunun cevab , özellikle geli mi devletlerin silahlanmaya ve askeri
alana ay rd klar bütçeler incelendi inde daha net ortaya ç kmaktad r. Günlük ya am m zda kulland m z bir çok teknolojinin temelleri de askeri alanda yap lan bu Ar-Ge çal malar na dayanmaktad r.
Silahl kuvvetler, zaten var olan mobil komuta kontrol merkezleri için en geli mi teknolojileri kullanmaktad r. Ancak sava lardaki en önemli unsur hiç üphesiz insanlard r. Bu noktadaki as l sorun bireysel olarak her askerden gerekli mobil bilgileri sa layabilmektir. Ak ll tekstillerden üretilen, elektronik entegrasyona sahip üniformalar ve askeri malzemeler; sahip olduklar özellikler ve baz yan ekipmanlar arac l ile bireysel veri transferini sa lamada önemli rol oynamaktad r. Böylece, silahlar ate leyen, tanklar ve uçaklar kullanan, sava alan nda çarp an insanlar n silah güçlerinin yan nda, onlar tüm d etkenlerden koruyacak ve onlar hakk nda sürekli bilgi ak sa layacak ak ll giysiler üzerinde çal malara ba lanm t r.
Gelece in askerlerinin ihtiyaçlar göz önüne al narak her biri ayr birer ekipman olan askeri malzemelerin baz lar giysilerin birer parças haline getirilmi tir. Global konum belirleyiciler, kimyasal dedektörler, askerin fizyolojik ve medikal durumunu alg layan sensörler, askerlerin mi ferlerine entegre edilen ekranlar, kulakl k ve mikrofonlar, yerel networkler, uygun olmayan ortam artlar nda ki iyi d etkilerden koruyan üniformalar, en iyi kamuflaj sa layan özel kuma lar, oldukça a r yüklerin ta nmas na olanak sa layan ta y c mekanizmalar, bu tip sistemlerin sadece bir kaç d r. Gelece in sava ç lar için geli tirilen elektronik entegrasyona sahip ak ll -interaktif tekstil sistemleri, bulunulan ortam artlar n n hissedilmesi ve kendisini ona göre adapte edebilmesi özellikleri sayesinde sava ç n n görevini yerine getirmesini kolayla t rmakta ve performans kapasitesinin artmas n sa lamaktad r. Ak ll teknolojiler ayn zamanda, askerlerin yapmalar gereken i leri daha az ekipman ve daha az yük ile yerine getirmelerini amaçlamaktad r.
21. yüzy l askeri giysi konsepti’nde, askeri giysilerden istenen en önemli özellikler u ekilde s ralanabilir:
- Giyenin fiziksel durumunun takip edilmesi, - Askerin sürekli yerini bildirmesi,
- Çevresel ortam artlar alg lanarak ve buna göre kamuflaj düzeninin sa lanmas , - Ate li silahlara, radyasyona, nükleer, kimyasal ve biyolojik maddelere kar koruma sa lanabilmesi
Ayr ca tüm bu özelliklerinin yan s ra, askerin manevra kabiliyetini k s tlamayacak tarzda hafif olan giysiler tasarlanmaktad r. Günümüzde telsiz ta yan askerlerin en önemli sorunu, telsizin üzerlerinde yaratt a rl kt r. Bu a rl n en önemli sebebi de, telsiz içindeki pillerdir. Enerji kaynaklar n n a rl n azalt lmas ve tekstil esasl üniformalara entegre edilmesi çal malar da bu ara t rmalar n di er bir konu ba l n olu turmaktad r. Askeri tekstil malzemelerine bilgisayar mikroçiplerinin entegrasyonu ve bunlar n bir a a ba lanmas sonucu askerler ile birebir ba lant kurulmas sa lanm t r. Bunun yan nda da, GPS (Küresel Konumlama Sistemi-Global Positioning System) ad verilen bir sistemle de, her bir askerin nerede oldu u uydu yard m ile anla labilmektedir. Ayn zamanda baz tekstil malzemeleri de, vücut s s dü tü ü zaman, vücuda s takviyesi yaparak vücut
s s n n belli bir s n r n alt na dü mesini ve donmay engellemektedir. Üniformalarda bulunan ve çe itli elektronik bile eni birbirine ba layan veri ve güç kablolar ile antenlerin de tekstil esasl malzemelere dönü türülerek giysiye entegre edilmesi kullan c n n maruz kald a rl kta azalmaya ve elektronik altyap da sadele meye sebep olacakt r (Biberdorff, 2002).
Nanoteknoloji, yeni jenerasyon askeri üniformalar n ve ekipmanlar n geli iminde anahtar bir rol oynamaktad r. Nanoteknolojinin sa lad avantajlar ile kimyasal maddelere ve mikroorganizmalara kar koruma özelli ine sahip giysilerin geli iminde yeni bir döneme girilmi tir. Yeni üniformalar nefes alabilmekte ve standart üniformalara göre %20’lere varan a rl k tasarrufuna yol açmaktad r (Veltmann, 2004). Gelece in askeri personelinde temel olarak ta d giysi ve di er ekipmanlar +ekil 1.8’de görüldü ü gibi s n fland rabilmek mümkündür
+ekil 1.8 Gelece in askeri üniforma teknolojisi. (Andrews, 2001).
Geli mi bat ülkelerinde devlet veya özel sektöre ait bir çok enstitü, kurulu veya ordu Ar-Ge merkezleri askeri ürünler konusunda günümüzün çok ilerisindeki malzemeleri geli tirmek üzere çal malar na devam etmektedir. Du Pont, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Institute for Soldier Nanotechnology (ISN), US Army Soldier Systems Center, US Army Research Laboratory bu merkezlere örnek olarak say labilir.
Bu alanda çal an kurumlar, malzeme bilimindeki geli melerden faydalanarak günümüz ekipmanlar n n geli tirilmesi konusunda hizmet veren merkezlerden farkl olarak ortaya koydu u yeni fikir ve prototiplerle teknolojiyi yönlendiren bir misyonu da üstlenmektedir. Askerleri yararland klar nda tedavi edecek veya nükleer-kimyasal ve biyolojik (NBC) silahlara kar koruyacak giysiler geli tirmek üzerinde son y llarda önemli geli meler kaydedilmi tir. Farkl iplik kesitleri (oval, kare veya üçgen) kullan larak, giysiyi giyeni d ortam s cakl ndaki de i imlere kar , geni leyip daralarak, s tan veya so utan k yafetler üzerinde ara t rmalar da yap lmaktad r. Özel boyanm iletken lifler kullan larak, elektrik sinyaliyle renk yans ma kalitesinde de i im elde edilmekte ve giysi rengi de i tirilebilmektedir. Bu tip bir özellik de i ken bitki örtüsünde sava an askerlerin arazide kamuflajlar na çok uygundur. Askerler için dü ünülen bu tip koruyucu ak ll giysiler, ayn zamanda polis ve itfaiyeciler için de k yafetlerin kullan m alanlar na göre uyarlanabilmektedir. Bir su kütlesinin içine dald r ld nda suyun kullan labilir durumda olup olmad n
kazanarak destek birimi haline dönü ebilen kuma lardan yap lm üniformalar, yaralanmalarda ilkyard m malzemesi olarak kullan labilecek özel liflerden üretilmi antimikrobiyal özellikteki kuma lar da di er ilginç ürünler aras nda say labilir (Darpa, 2003, Wakefield, 2002,
1.1.8.1.1 Mi ferler Günümüzün modern mi fer sistemlerinde; mi fer üzerine monte edilmi GPS sistemi, kablosuz mikrofon ve hoparlör ba lant s na sahip ses ileti im sistemi ile bilgisayar ba lant l kablosuz veri iletim sistemi yard m yla birbirleriyle ve ba l olduklar merkez sürekli ileti im halinde olabilmektedirler.
Göz hizas na indirilip kald r labilen ekran ile gece görü ve termal taray c lar kullanarak çevrelerini izleyebilmektedirler. Monitör vazifesini gören bu göstergeler ayn zamanda operasyon bölgesindeki dost ve dü man personelin tan mlanmas na da yard mc olmaktad r. Tüm bu bilgiler sava bölgesindeki personelin hareket tarz n kolayla t rmakta ve karar verme süresini azaltarak görevin yerine getirilmesini kolayla t rmaktad r. Ayr ca mi ferlere yerle tirilen kablolar yard m yla üniforman n farkl bölgelerine yerle tirilmi olan veya askerin komuta etti i di er bir ekipman n çal t r lmas da sa lanabilmektedir (Akhtar, 2003). Farkl fonksiyonlara sahip sistemler, mi ferleri üzerindeki farkl katmanlara yerle tirilmektedir. +ekil 1.9’da farkl tipteki askeri mi ferlerin de i ik katmanlar gösterilmi tir.
