Elektrik ark boşalımı yöntemi ile cam, kuvars gibi inert ve sağlam malzemeler üzerinde mikro yapıların oluşturulması
Forming micro structures on inert and rugged materials such as glass, quartz with electric arc discharge method
Yazar: NİLÜFER GÜNAY KARAYALÇIN
Danışman: PROF. İSMAİL CENGİZ KOÇUM
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Biyomedikal Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Plazma maddenin dördüncü halidir ve bunun en güzel örneği yıldızlardır. Plazmanın endüstride birçok kullanım alanı bulunmakla beraber en sık kullanıldığı yerler plazma televizyonlar ve kaynak makinalarıdır. Endüstride bu sayılan kullanım alanlarının yanında nanoteknolojinin gelişmesiyle birlikte plazma kendisine bu alanda da kullanım yeri bulmuştur. Plazmanın nanoteknolojide kullanım alanlarının başında ince film kaplama, nanomalzeme ve karbon nanotüp üretimi gelmektedir. Mikro işleme teknolojileri, mikro sensörlerin gelişmesine paralel olarak ilerlemiştir. Birçok mikro işleme tekniği olmakla beraber en sık kullanılanları fotolitografi, iyon demeti litografi, lazer, elektrokimyasal ve mekanik tekniklerdir. Bu çalışmada plazma kullanılarak fiziksel ve kimyasal olarak dayanıklı fakat işlenmesi çok zor olan cam, payreks ve kuvars gibi malzemeler üzerinde mikro yapılar oluşturulması hedeflenmiştir. İlk adım olarak yüksek gerilimli plazma ark makinesi kullanılarak cam üzerinde mikro yapılar üretilmiştir. Sistem parametrelerinin bilgisayar üzerinden kontrolünün sağlanabileceği dijital kontrol sistemi ve akım algılama algoritması geliştirilmiştir. Cam, payreks ve kuvars malzemeler üzerinde mükemmele yakın mikro delikler oluşturulmuştur. Daha sonra delik profilini ve delik açma süresini etkileyen faktörler üzerine çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar akım algılama algoritması, problar arası mesafe, frekans-doluluk oranı ve problar arası açıdır. Delik açma konusunda ulaşılan başarıdan sonra düzenek tek eksende hareketli bir sisteme entegre edilmiştir. Yeni gelişen mikro adım teknolojisinin yardımıyla yaklaşık 340 mikro metre aralıklarla 150 mikro metre çapa sahip mikro delikler oluşturulmuştur. Çalışmanın sonunda, sistem optimize edilerek payreks malzeme üzerinde mikro kanal çalışması gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Plasma is the fourth state of matter and stars are the best examples to this state. Plasma has many application areas in industry such as plasma televisions and welding machines. In addition to these fields of use in the industry, with the development of nanotechnology, plasma has taken its place in this field as well. Thin film coating, nanomaterials and carbon nanotube production are the main application fields of plasma in nanotechnology. Micro-processing technologies have progressed in parallel with the development of micro-sensors. Although there are many micro processing techniques, the most commonly used ones can be counted as photolithography, ion beam lithography, laser, electrochemical and mechanical techniques. In this study, by using plasma it is aimed to form micro structures on materials such as glass, pyrex and quartz which are physically and chemically resistant but very difficult to process. As the first step, microstructures were produced on glass by using high voltage plasma arc machine. A digital control system and current detection algorithm were developed to control the system parameters via computer. Almost perfectly shaped micro holes were formed on glass, pyrex and quartz materials. Afterwards, studies were carried out on the factors affecting the hole profile and drilling time. These studies include the current detection algorithm, the distance between probes, frequency-duty ratio and the angle between probes. Once the drilling is achieved, the setup was integrated into a single-axis motion system. Thanks to the emerging micro stepping technologies, micro holes with a diameter of 150 micrometers were formed at approximately 340 micrometer intervals. At the end of the study, by optimizing the system, micro channel study was performed on the pyrex material.