BILECIK SEYH EDEBALI UNIVERSITY JOURNAL OF SCIENCE

Transkript

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ DERGİSİ
Sahibi / Publisher
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi adına Rektör Prof. Dr. İbrahim TAŞ
Prof. Dr. İbrahim TAŞ (Rector) on behalf of Bilecik Seyh Edebali University
EDİTÖR / EDITOR-IN-CHIEF
Doç. Dr./ Assoc. Prof. Dr. Cihan DARCAN
Bilecik ġeyh Edebali Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 11210 Bilecik, Türkiye
Bilecik Seyh Edebali University, Graduate School of Sciences, 11210 Bilecik, Turkey
Telefon/Phone: +90228 2141130 Faks /Fax: +90228 2141132
E-posta/E-mail: [email protected]
Yazı İĢleri Müdürü / Editorial Office Director
Hülya TOPAL
İletişim Bilgileri / Contact Informations
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü , 11210 Bilecik, Türkiye
Bilecik Seyh Edebali University, Graduate School of Sciences, 11210 Bilecik, Turkey
Hakemli bir dergi olan Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi yılda iki kez yayımlanır ve yayımlanan tüm eserlerin yayın hakkı
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi’ne aittir.
A refereed journal “Bilecik Seyh Edebali University Journal of Science” is published twice a year and Bilecik Seyh Edebali University holds the copyright
of all published material that appear in this journal.
Cilt 3, Sayı 1, 2016
Volume 3, Number 1, 2016
ISSN 2458-7575
BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ DERGİSİ
Sahibi / Publisher
Prof. Dr. Ġbrahim TAġ (Rektör / Rector)
Editör / Editor
Doç. Dr. Cihan DARCAN (Enstitü Müdürü / Institute Director)
Yardımcı Editörler / Associate Editors
Yrd. Doç. Dr. Fatih APAYDIN
Yazı İşleri Müdürü / Editorial Office Director
Hülya TOPAL
Redaksiyon / Proofreading
ArĢ. Gör. Sümeyye SINIR
Bilim Kurulu / Editorial Board
(Dr. / PhD)
A.Ġhsan GÖKER
H. Hilmi HACISALĠHOĞLU
Adnan KONUK
Harun MĠNDĠVAN
Özlem Ç. DEĞĠRMENCĠ
Adnan ÖZCAN
Ġ. Bekir TOPÇU
Salim CEYHAN
Ahmet TUNCAN
Ġlhan DORAN
SavaĢ AYBERK
Arslan ÜNAL
Ġsmail POYRAZ
Sedat TÜRE
Aydın AYBAR
Kırali MÜRTEZAOĞLU
Serpil TÜRKYILMAZ
Bilge EREN
Korkmaz BELLĠTÜRK
Sıddıka ÖZKALDI KARAKUġ
Birol AKYÜZ
Levent DEĞĠRMENCĠ
Suat PAT
Bülent YILMAZ
M. Ali YALÇIN
Süheyla YEREL KANDEMĠR
Bünyamin DEMĠR
M. Cüneyt BAĞDATLI
Süleyman KAYTAKOĞLU
Cengiz TOKLU
M. Özgür YAYLI
ġennur CANDAN
Cenk KARAKURT
Mehmet KOÇ
Tolga YÜKSEL
Cihan DARCAN
Mehmet KURBAN
Uğur YÜZGEÇ
Cihan KARAKUZU
Metin KESLER
Ü. Çiğdem TURHAL
Dilek ÖZAKÇA
Murat TOSUN
Ülküye Dudu GÜL
Emre ġEKER
Mustafa TUNCAN
Ümmühan BaĢaran FĠLĠK
Erdal EREN
Nazım ĠMAL
Vakıf CAFER
Esen ĠYĠGÜN
Nazile URAL
Yasemin ÖNAL
F. Onur HOCAOĞLU
Nurcan ÇALIġ AÇIKBAġ
Yavuz KILIÇ
Ferdi GERÇEL
Nurgül ÖZBAY
Yusuf OYSAL
Gürhan ERTAġGIN
Onur EROĞLU
Yusuf YAVUZ
H. Hüseyin ERKAYA
Osman TURAN
Yücel GÜNEY
Önder GÜLER
Cilt 3, Sayı 1, 2016
Volume 3, Number 1, 2016
ISSN 2458-7575
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Cilt:3, Sayı:1, 2015
ISSN: 2458-7575 (http://edergi.bilecik.edu.tr/index.php/fbd)
İÇİNDEKİLER
Beacon Temelli Sanal Etiket Uygulaması
1-7
Virtual Tag Application Based on Beacon
Fidan Kaya GÜLAĞIZ, Furkan GÖZ, Edip ġAHĠN, Muhammet Samet ALBAYRAK, Adnan KAVAK
Adaptive Spiral Optimization Algorithm for Benchmark Problems
Uğur YÜZGEÇ, Tufan ĠNAÇ
Karbon Nano Tüplerin Dispersiyonuna SDS Yüzey Aktif Maddesinin Etkisi
Effect of SDS Surfactant on Dispersion of Carbon Nano Tubes
Miraç ALAF, Ubeyd TOÇOĞLU, Fuat KAYIġ, Hatem AKBULUT
8-15
16-19
Hidrotermal Yöntem ile ZnO Nanoçubuk Üretimi
ZnO Nanorod Synthesis by Hydrothermal Route
Deniz GÜLTEKĠN, Fuat KAYIġ, Hatem AKBULUT
20-24
ZnO İnce Film Kaplamaların Kıvrımlı Ağ Morfolojisinin İncelenmesi
Examination of Wrinkle Network Morphology of ZnO Thin Film Coatings
Deniz GÜLTEKĠN, Fuat KAYIġ, Hatem AKBULUT
25-28
İnşaat İşlerinde Mevzuatlarla İş Sağlığı ve Güvenliği
Occupational Health and Safety with Regulations in Construction Works
Özlem ÇALIġKAN, Cenk KARAKURT, Fatih TOZLUTEPE
29-36
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Cilt: 3, Sayı 1, 2016
Araştırma Makalesi/Research Article
Beacon Temelli Sanal Etiket Uygulaması
Virtual Tag Application Based on Beacon
Fidan Kaya GÜLAĞIZ1*, Furkan GÖZ2, Edip ġAHĠN3, Muhammet Samet ALBAYRAK4,
Adnan KAVAK5
Özet- Hızla gelişen teknoloji hayatımıza büyük kolaylıklar getirmektedir. Bunlardan bir tanesi de akıllı telefonlardır.
Akıllı telefonlar her geçen gün hayatımıza daha fazla dahil olmaktadır ve akıllı telefonlara olan ihtiyaç artmaktadır.
Yapılan çalışmada akıllı telefonlar ve Beacon teknolojisi kullanılarak belirli mesafeler içerisindeki eşyaların yerinin
tespit edilmesini sağlayacak bir uygulama geliştirilmiştir. Geliştirilen uygulama ile insanların hayatlarını
kolaylaştıracak ve aynı zamanda zaman kaybını azaltacak teknolojik bir çözüm sunulmuştur. Uygulamanın etkinliği
hem kapalı hem de açık ortamlarda test edilmiştir ve her iki ortamda da doğru sonuçlar ürettiği gözlemlenmiştir.
Anahtar Kelimeler- Bluetooth 4.0, Beacon, Android, Konum Tespiti
Abstract- Rapid developments in technology bring significant benefits to our life. One of them is smartphones.
Smartphones are involved to our life more than before and need of them increases day by day. In this paper, an
application that will provide you to find the location of objects within certain distance is developed using smartphones
and Beacon technology. Life of people will be easier via this application and it will be technological solution that
reduces loss of time at the same time. Efficiency of this application are tested both indoor and outdoor environments
and it is observed accurate results in not only outdoor but also indoor environments.
Keywords- Bluetooth 4.0, Beacon, Android, Location Detection
I. GĠRĠġ
Hızla geliĢen teknolojinin hayatımıza getirdiği birçok kolaylık vardır. Günümüzde akıllı telefonlar bu
kolaylıklar için kullanılan en önemli araçlardan biri haline gelmiĢtir. Ġnsanlar bugün birçok ihtiyacını akıllı
telefonları aracılığıyla karĢılamaktadır. Ancak kullanımı hızla artmaya devam eden akıllı telefonlardan insanların
beklentisi de artmaktadır. Cihazların birbiriyle iletiĢim kurmasını sağlayan kablosuz iletiĢim teknolojisi
Bluetooth bu amaçla geliĢtirilmeye devam eden teknolojilerden bir tanesidir. DüĢük enerji tüketimini amaçlayan
BLE (Bluetooth Low Energy) teknolojisi de bu geliĢimin bir sonucu olarak ortaya çıkmıĢtır. BLE teknolojisini
kullanan pek çok cihaz ve bu teknolojiyi temel alan pek çok yeni teknoloji bulunmaktadır. Bunlardan bir tanesi
de Beacon teknolojisidir. Beacon, BLE teknolojisini kullanarak konum bilgisi sağlayan bir teknolojidir. Beacon
teknolojisini kullanan bir cihazın yaymıĢ olduğu BLE sinyalleri kullanılarak konum bilgilerine eriĢimi
sağlanabilmektedir. Mesafeye bağlı olarak cihazlara ulaĢan bu teknoloji, etkileĢime geçtiği cihazlara istenilen
bilgileri iletebilir. Beacon teknolojisi iç mekan navigasyonu, yakın pazarlama, otomatik check-in, temassız
ödeme gibi farklı alanda konum tespiti için kullanılabilmektedir ve son zamanlarda, bu konuyla ilgili pek çok
çalıĢma yapılmıĢtır.
Tomoya ve arkadaĢları belirlenen bir cihazın odada olup olmadığını tespit eden bir metot geliĢtirmiĢlerdir.
Bir odanın çevresine yerleĢtirilen çok sayıda Beacon cihazlarının RSSI değerlerindeki değiĢim gözlemlenmiĢ ve
bu değerlere bakarak cihazın yerini tespit etmeye çalıĢmıĢlardır. Bu çalıĢmada cihazın yeri 2,4 metre hata oranı
ile tespit edilmiĢ olup cihazın odada bulunup bulunmadığı bilgisine doğru bir Ģekilde ulaĢılmıĢtır [1]. Shota ve
arkadaĢlarının yaptığı çalıĢmada yoklama sistemi geliĢtirilmiĢtir. Bu uygulamada öğretmenin dersi alan
öğrencilere yetki vermesiyle öğrenciler akıllı telefonlarından sisteme kayıt olabilmektedir. Yetkisi dıĢında biri
sınıfa girdiğinde öğretmen bunu telefonundan fark edebilmektedir. GeliĢtirilen sistem sayesinde kolaylıkla
yoklama alınabilmekte ve kopyanın önüne geçilebilmektedir [2]. Mounira ve arkadaĢları çocukların
kaçırılmasını engellemek amacıyla kapalı ve açık ortamlarda çocuk takip sistemi geliĢtirmiĢlerdir.
*Sorumlu
yazar iletişim: [email protected]
[email protected] , [email protected], [email protected] ,[email protected]
1,2,3,4,5Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Mühendislik Fakültesi, Kocaeli Üniversitesi
2,3,4,5İletişim:
1
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Cilt: 3, Sayı:2, 2016
Akıllı telefonlarda çalıĢan bu sistem açık alanlarda GPS kullanırken kapalı ortamlarda GPS‟in yetersiz
kalmasından dolayı Beacon teknolojisi kullanmaktadır [3]. Moonok ve arkadaĢları ise akıllı ofis enerji yönetim
sistemi geliĢtirmiĢlerdir. ÇalıĢma odasında bulunan ıĢık, bilgisayar, ekran gibi enerji gerektiren araçların enerji
tüketimini azaltmayı amaçlamıĢlardır. Bu çalıĢmada ofisin çeĢitli yerlerine Beacon cihazları yerleĢtirilmiĢ ve
mobil uygulama aracılığıyla kiĢinin ofise girip girmediği tespit edilmeye çalıĢılmıĢtır. KiĢinin ofise girmesi ya da
ofisten çıkmasına göre otomatik güç tüketim modu çalıĢmaktadır. Bu Ģekilde enerji tüketimi en alt seviyeye
getirilmeye çalıĢılmıĢtır [4]. Xin-Yu ve arkadaĢları ise hasta takip sistemi geliĢtirmiĢtirler. Bu sistem doktorun
acil durumlarda hastanın yerini tespit edebilmesi üzerine kurulmuĢtur. Mobil ve web ortamlarında çalıĢabilen bu
uygulamayı aynı zamanda hasta da temel bilgilerini görüntülemek için kullanabilmektedir. GeliĢtirilen konum
tespit algoritmasında hastaların konumu %97.2 baĢarı oranı ile tespit edilebilmiĢtir. Bu oran hastanın konum
tespiti için yeterli görülmektedir [5].
Yapılan çalıĢmada belirli mesafedeki eĢyaların yerinin kolaylıkla tespit edilebilmesi için Beacon
teknolojisini kullanan bir uygulama geliĢtirilmesi ve geliĢtirilen uygulamanın konum tespiti konusunda
etkinliğinin belirlenmesi amaçlanmıĢtır. Uygulama mobil platform temelli olarak geliĢtirilmiĢtir. Uygulama ile
Beacon etiketlerindeki RSSI değerlerine bakarak nesnelerin konumu tespit edilebilmektedir.
Makalenin geri kalanı Ģu Ģekilde organize edilmiĢtir; II. Bölümünde Beacon teknolojisinden detaylı olarak
bahsedilmiĢtir. III. Bölümde sistemin mimarisi, IV. bölümde ise deneysel sonuçlar verilmiĢtir. ÇalıĢmanın
sonuçları ve literatüre olan katkısı da V. Bölümde verilerek çalıĢma sonlandırılmıĢtır.
II. BEACON TEKNOLOJĠSĠ
Bluetooth teknolojisi günlük hayatımızda kısa mesafede kablosuz iletiĢim için kullanılan en verimli
iletiĢim araçlarından biridir. Bu teknoloji ilk kez SIG (Special Interest Group) isimli grup tarafından 1998 „de
geliĢtirilmiĢtir. Bu grup Erickson, Nokia, Intel, IBM ve Toshiba gibi Ģirketler tarafından oluĢturulmuĢtur [6].
Bluetooth teknolojisi ile fiziksel kablolar ile iletiĢime alternatif bir çözüm sunulmuĢtur. Böylece kızılötesi, mikro
ya da radyo dalgaları ile iletiĢim sağlanmıĢtır. Bluetooth teknolojisi 802.11 b/g kablosuz ağ standardını
kullanmaktadır ve 2,4GHz radyo sinyalleri ile çalıĢmaktadır. Bluetooth ile ses ve veri iletimi yapılabilmektedir
ve Bluetooth destekli cihazlar 24 Mbps'ye kadar veri aktarabilmektedirler. Bu cihazların etkinlik mesafesi ise 10
ile 100 metre arasında değiĢmektedir [7].
Bluetooth teknolojisi her geçen gün biraz daha geliĢtirilmektedir. 2010 yılında ortaya çıkan Bluetooth 4.0
ile bu teknoloji yeniden isimlendirilmiĢtir ve BLE (Bluetooth Low Energy) olarak adlandırılmıĢtır. BLE ile daha
düĢük bant geniĢliği ve daha düĢük üretim maliyetleri ile teknolojinin yenilenmesi sağlanmıĢtır. Böylece daha
düĢük enerji tüketimi ile cihazlar arasında sabit bağlantı kurulmasına gerek duyulmadan veri aktarımları
yapılabilir hale gelmiĢtir [8]. Bluetooth teknolojisi ile BLE teknolojisinin temelde üç önemli farkı bulunmaktadır.
Bunlar; pil tüketimi, sabit eĢleĢtirme ve yeniden eĢleĢtirme olarak sıralanabilir. BLE teknolojisi kısa zaman
dilimlerinde küçük boyutlarda veri aktarımları için tasarlanmıĢtır. Bluetooth‟un eski sürümlerinde olduğu gibi
uzun süreli veri aktarımlarını desteklemez ve kısa zaman dilimlerinde birkaç baytlık veri aktarımı gerçekleĢtirir.
Böylece kullanılmayan durumlarda uyku moduna geçilmesini sağlayarak enerji tüketimini gerçekleĢtirmektedir.
Son zamanlarda BLE teknolojisinin geliĢmesiyle ortaya çıkan ve BLE teknolojisini kullanarak iletiĢim kuran
yeni bir cihaz ortaya çıkmıĢtır. Bu cihaz Beacon olarak adlandırılmaktadır.
Beacon, BLE sinyalleri ile iletiĢim kuran kablosuz bir cihazdır. Beacon ile BLE teknolojisini kullanan bir
cihaz arasındaki iletiĢim tek yönlü olarak gerçekleĢtirilmektedir ve genelde bu iletiĢim amacı konum bilgisine
bağlı olarak karar vermeyi sağlamaktır [9]. Beacon‟lar ile iletiĢim için kullanılan beĢ farklı bileĢen
bulunmaktadır. Bunlar UUID (Universally unique identifier), major ve minor, RSSI (Received signal strength
indicator) ve MPower ( Measured power) olarak sıralanabilir [10]. UUID, 128 bit uzunluğunda bir veri
parçasıdır ve Beacon ağını tanımlamak için kullanılır. Major değeri 16 bit uzunluğunda iĢaretsiz bir tamsayı
değeridir. Tüm Beacon ağında yer alan küçük bir grubu tanımlamak için kullanılır. Minor, değeri de 16 bit
uzunluğunda iĢaretsiz bir tamsayıdır ve Becon cihazlarını ayırt etmek için kullanılır. Dolayısıyla her cihaz için
ayrı bir minor değeri olmak zorundadır. RSSI, Beacon ile eĢleĢmiĢ olan cihazdan alınan sinyal gücünü
tanımlamak için kullanılmaktadır. BLE sinyalinin ne kadar güçlü ya da ne kadar zayıf olduğuna bakarak tahmini
uzaklığı hesaplamayı sağlamaktadır. Mpower değeri de bir metrelik bir mesafe için beklenen RSSI değerini
tanımlamaktadır. Bu değer her Beacon için üretici firma tarafından belirlenmektedir ve sabit bir değerdir.
2
Beacon teknolojisi sağlık, eğitim kurumları, kamusal alanlar, ulaĢım, müzeler, restoranlar, oteller gibi
hayatımızda önemli bir yere sahip olan pek çok alanda kullanılabilir. Bu çalıĢmada da herhangi bir ortamda
Beacon etiketlerini kullanılarak yanımızda bulundurmak istediğimiz ya da bizim için değerli olan eĢyaların
kontrolünü sağlayacak bir mobil uygulama geliĢtirilmesi sağlanmıĢtır. GeliĢtirilen uygulama Android temellidir
ve Beacon etiketine sahip cihazlar için belirli bir mesafe içerisinde kullanıcıların sesli ve görsel olarak
uyarılmasını sağlayarak çalıĢmaktadır.
III. SĠSTEM MĠMARĠSĠ
Uygulamanın temel amacı Beacon etiketlerini kullanarak konum tespiti yapmaktır. GeliĢtirilen sisteme ait
akıĢ diyagramı ġekil 1‟de gösterilmiĢtir. Uygulama ilk açıldığında çevredeki Beacon etiketlerinin tespitini
yapmaktadır. Daha sonra kullanıcıya iki seçenek sunmaktadır. Bunlar bildirimlerin listelenmesi ve harita
üzerinde gösterimi olarak sıralanabilir. Bildirim seçeneğinin seçilmesiyle kullanıcıya hem daha önce almıĢ
olduğu bildirimler hem de kapsama alanı içerisinde yer alan Beacon etiketlerine ait güncel bildirimler
gösterilmektedir. Bildirim mesajında, mesaj hangi etiketten geliyor ise o etikete sahip cihaza ait bilgilerde yer
almaktadır. Etiketten gelen sinyalin kesilmesi durumunda ise kullanıcıya etiket alanından çıktığına dair bir
bildirim gönderilmektedir. Yine bu bildirimde de hangi eĢyanın etiket alanından çıkıldığına dair detaylı bilgi de
bulunmaktadır. ġekil 2‟ de her iki duruma ait bildirim örnekleri gösterilmiĢtir. Etiketlerin konum tespit mesafesi
kapalı alanlarda 50 metre, açık alanlarda ise 60 ile 70 metre aralığındadır.
Şekil 1. Beacon uygulaması genel akıĢ diyagramı.
Şekil 2. Bildirim menüsü örnek ekran görüntüleri.
3
Uygulama ilk açıldığında kapsama alanı içerisinde bulunan Beacon cihazlarının tespit edebilmek için bir
metot çalıĢtırmaktadır. Bu metot içerisine bölgede yer alan Beacon cihazlarının bilgilerinin listesi gelmektedir.
Daha sonra her bir Beacon cihazı sahip olduğu majör değerine göre ayırt edilmektedir. Major değeri bir ID
değeridir ve benzersiz bir değerdir. Burada Beacon cihazlarının kullanıcıya (cep telefonuna) olan mesafesinin
hesaplanabilmesi için baĢka bir metot kullanılmaktadır. Kullanılan metoda ait pseudo kod ġekil 3‟ de
gösterilmiĢtir. Yapılan hesaplamalar Beacon cihazından alınan rssi ve güç değerlerine göre yapılmaktadır.
Nesneler Beacon etiketlerinin kapsama alanından çıktığında da farklı bir metot kullanılarak kullanıcıların
bildirilerle bilgilendirilmesi sağlanmıĢtır.
Girdi: txPower, rssi
Çıktı:
uzaklık
If rssi değeri sıfır ise
Beacon ulaĢılabilir bir alanda değildir.
Else
Uzaklığı metre cinsinden hesapla
If uzaklık bir metreden küçükse
Nesnenin yakında olduğuna dair bildirimde bulun.
Else
Nesneye olan uzaklığı tam olarak hesapla ve uzaklık bildirimi yap
Şekil 3. Nesneye olan uzaklığın belirlenmesine iliĢkin pseudo code.
Uygulamada bildirim seçeneğine alternatif olarak konum tespiti için kullanılabilecek diğer yöntemde
harita üzerinde gösterimdir. Bu gösterim sadece 6 metreye kadar uzaklığa sahip cihazlar için konum tespiti
yapabilmektedir. Harita üzerinde gösterim seçeneği seçildiğinde kullanıcının karĢısına bir sonar ekranı
çıkarılmaktadır. Sonar ekran görüntüsü ġekil 4‟ de gösterilmiĢtir. Bu ekranda dört çizgi bulunmaktadır. Bu
çizgilerden ilki 0,3 metrelik mesafeyi, ikinci çizgi 2 metrelik mesafeyi ve son çizgi de 6 metrelik mesafeyi temsil
etmektedir. Altı metrelik mesafe içerisinde yer alan herhangi bir Beacon cihazının listeden seçilmesi durumunda
harita üzerinden yakınlığı gözlemlenebilecektir.
Şekil 4. Harita gösterimi menüsü örnek ekran görüntüleri.
IV. DENEYSEL SONUÇLAR
GeliĢtirilen uygulamanın konum tespitini ne kadar doğru olarak gerçekleĢtirdiğini tespit edebilmek için farklı
ortamlarda testler gerçekleĢtirilmiĢtir. Tablo 1‟ de hem kapalı alanda yapılan ölçüm sonuçları hem de açık alanda
yapılan ölçüm sonuçları verilmiĢtir. Sonuçlar incelendiğinde küçük mesafeler için yapılan ölçüm sonuçlarının
kapalı alanlarda, açık alanlara göre daha zayıf olduğu tespit edilmiĢtir. Kapalı alanda sinyal alınabilen en uzak
mesafe 6.28 metre olarak tespit edilmiĢtir. Aynı zamanda 3 metrelik mesafeden itibaren Beacon etiketinden
alınan sinyaller yavaĢlamıĢtır ve 3 metre ile 6 metre aralığında alınan sinyallerin zayıf sinyaller olduğu
gözlemlenmiĢtir.
4
(a)
(b)
Şekil 5. Ölçüm yapılan açık alana ve kapalı alana ait görüntüler
Ölçüm yapılan açık ortam ġekil 5 (a) ve kapalı ortam ise ġekil 5 (b) ile gösterilmiĢtir. Açık ortam olarak
Kocaeli Üniversitesi otoparkı ve kapalı ortam olarak ise Kocaeli Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği
bölümünde yer alan bir laboratuvar seçilmiĢtir. Açık ortam olarak otopark seçilmesinin sebebi oluĢacak
yansımaların önüne geçebilmektir. Kapalı ortamda oluĢabilecek yansımaları önleyebilmek için herhangi bir
iĢlem yapılmamıĢtır. Bunun sebebi de doğal yaĢam koĢularında ölçüm yapılmasının daha gerçekçi sonuçlar
verecek olmasıdır. Her iki ortamda da geniĢlik olarak sinyal seviyelerinin doğru olarak analiz edilebileceği
büyüklüktedir.
Tablo 1. Farklı alanlarda yapılan ölçümlere ait sonuçlar
Kapalı Alan Ölçüm Sonuçları
Açık Alan Ölçüm Sonuçları
0,27 m
-65 dBm
0,02 m
-50 dBm
0,50 m
-69 dBm
0,32 m
-66 dBm
1,11 m
-75 dBm
0,36 m
-67 dBm
1,33 m
-77 dBm
0,51 m
-69 dBm
1,46 m
-78 dBm
1,32 m
-76 dBm
1,92 m
-81 dBm
1,78 m
-80 dBm
2,29 m
-83 dBm
2,30 m
-83 dBm
2,98 m
-86 dBm
4,38 m
-91 dBm
3,84 m
-89 dBm
4,99 m
-92 dBm
4,18 m
4,54 m
6,24 m
6,28 m
-90 dBm
-91 dBm
-95 dBm
-95 dBm
5,38 m
5,70 m
5,72 m
6,24 m
-93 dBm
-94 dBm
-94 dBm
-95 dBm
Açık alanlarda yapılan ölçüm sonuçları değerlendirildiğinde yakın mesafelerde RSSI sinyal değerlerinin
çok büyük olduğu ve etiketlerin sinyalleri tam olarak tespit ettiği görülmüĢtür. Mesafe arttıkça RSSI sinyallerinin
düĢtüğü görülmektedir. 2,5 metre ile 4,5 metre aralığında ise sinyal değerinde ciddi bir düĢüĢ olduğu
gözlemlenmiĢtir. 4,5 metreden sonra sinyallere ait RSSI değerleri -89 ile -95 aralığında değiĢim göstermiĢtir.
Tablo 2. Kapalı ortamdaki bir saniye ara ile yapılan iki ölçüm arasındaki sapma miktarları
Gerçek Mesafe
Hesaplanan Mesafe
Sapma Değeri
1,0 m
1,0 m
0,1 m
2,0 m
2,2 m
1,1 m
3,0 m
3,2 m
0,9 m
4,0 m
3,3 m
0,9 m
5,0 m
6,0 m
3,6 m
6,7 m
1,6 m
2,0 m
Tablo 2‟ de kapalı alanda yapılan ölçümlere ait sapma miktarları verilmiĢtir. Sapma miktarları uygulama
ekranında 1 ile 2 saniyelik zaman dilimlerinde anlık olarak değiĢen mesafe ölçümlerine göre hesaplanmıĢtır.
Örnek olarak ölçüm yapılan bir kapalı ortamda bulunan eĢyaların ve Beacon etiketinin bulunduğu yerin
5
konumuna göre ölçüm değeri ilk ölçümde 3,84 m iken 1 saniye sonra ölçüm değeri 4,54 metre olarak tespit
edilebilmektedir. Böyle durumlar için sapma değerleri hesaplanmıĢtır. Sapma değerlerinin kapalı ortamda
hesaplanmasının sebebi ise sinyallerin iletilirken odadaki duvar ya da farklı eĢyalardan etkilenebilmesidir. Açık
alan test ortamı olarak Kocaeli Üniversitesi seçilmiĢtir ve seçilen alanda altı metrelik mesafe içerisinde herhangi
bir engel bulunmamaktadır. Bu sebeple sinyal değerlerinde sapma olmamıĢtır.
Şekil 6. Kapalı ve açık alana ait sinyal ölçümleri karĢılaĢtırması.
ġekil 6‟ da iki farklı ortamda yapılan ölçümlerin grafiksel bir karĢılaĢtırması verilmiĢtir. Grafikte kırmızı
ile gösterilen değerler açık alan RSSI değerlerini, mavi ile gösterilen değerler ise kapalı alan RSSI değerlerini
göstermektedir. Grafik incelendiğinde açık alanda yapılan ölçümlerin kapalı alanda yapılan ölçümlere göre çok
düĢük bir fark ile de olsa daha doğru olduğu görülmüĢtür. RSSI değeri verici cihaz tarafından gönderilen sinyalin
alıcıdaki ölçülen değeridir ve bu değer sıfıra ne kadar yakınsa alınan sinyal de o kadar güçlü olacaktır.
V. SONUÇLAR
Yapılan çalıĢma ile yaygın olarak kullanılan mobil cihazlar için sanal bir etiket uygulaması geliĢtirilmiĢtir.
GeliĢtirilen uygulama ile nesnelerin konumu tespit edilmiĢtir. Yapılan testler ile bluetooth temelli Beacon
etiketlerinin konum tespiti sırasında ne kadar etkili oldukları gözlemlenmiĢtir ve Beacon teknolojisinin konum
tespitini daha doğru yapabilmesi için geliĢtirilmesi gerektiği gösterilmiĢtir.
Farklı ortamlarda yapılan test iĢlemleri sonucunda açık ortamda yapılan konum tespitinin kapalı ortamlara
göre daha iyi sonuçlar verdiği gözlemlenmiĢtir. Ancak her iki ortamda da sinyallerin güçlü olarak alındığı
mesafe 2,5 ile 3 metre uzaklığındadır. Konumu tespit edilmeye çalıĢılan eĢyanın telefona olan uzaklığı 3 metreyi
geçtiği anda alınan sinyallerde ciddi bir azalma gözlemlenmiĢtir. 3 metrelik bir mesafe günümüz teknolojisinin
gelmiĢ olduğu durum göz önünde bulundurulursa konum tespiti için kısa bir mesafedir. Bu nedenle konum
tespitinin daha doğru olarak yapılabilmesi için hem Beacon etiketlerinin hem de mobil cihazların bluetooth
sensörlerinin geliĢtirilmesi gerekmektedir. Gerekli geliĢtirmelerin yapılması durumunda geliĢtirilen uygulama
eĢyaların konum tespiti konusunda faydalı ve etkili olacaktır. Böylece hem insanların yaĢamlarını kolaylaĢtıracak
hem de zaman tasarrufu sağlayacaktır.
KAYNAKLAR
[1] Mori, T., Kajioka, S., Uchiya, T., Takumi, I., Matsuo, H.,“Experiments of position estimation by BLE
beacons on actual situations, “ in Proc. IEEE 4th Global Conference,2015, p. 638.
[2] Noguchi, S., Niibori, M., Zhou, E., Kamada, M., “Student attendance management system with bluetooth
low energy beacon and android devices,” in Proc. IEEE NBIS, 2015, p. 710.
[3] Taileb, M., Wajdi, W., Hamdi, H., Al-Garni, G., Al-Sehri, S., Al-Marwani, M., “Children tracking system
in indoor and outdoor places,” in Proc. DAPI, 2015, p.547.
[4] Choi, M., Park, W., Lee, I., “Smart office energy management system using bluetooth low energy based
beacons and a mobile app.,” in Proc. ICCE, 2015, p. 501.
6
[5] Lin, X., Ho, T., Fang, C., Yen, Z., Yang, B., Lai, F., “A mobile indoor positioning system based on
iBeacon technology,,” in Proc. IEEE EMBC, 2015, p. 4970.
[6] Bisdikian, C., “An Overview of the bluetooth wireless technology”, IEEE Communication Magazine, vol.
39, pp. 86-94, Dec. 2001.
[7] Chan, C. Y., Bluetooth Technology, Indian Institute of Technology, Madras, Sortware Engineering Project
Report, 2004.
[8] Siekkinen, M., Hiienkari, M., Nurminen, K., Nieminen, J., “How low energy is bluetooth low energy?
Comparative measurements with ZigBee/802.15.4,” in Proc. WCNC Workshop, 2012, p. 232.
[9] Kumar, R, Kaur, J., “Efficient beacon placement for network tomography,” in Proc. IMC’04, 2004, p. 181.
[10] Mizukami, T., Naito, K., Doi, C., Nakagawa, T., Ohta, K., Inamura, H., Hishida, T., Mizuno, T.,
“Fundamental design for a beacon device based unconscious participatory sensing system”, in Proc.
IMECS, 2015.
7
Adaptive Spiral Optimization Algorithm for Benchmark
Problems
Uğur YÜZGEÇ1*, Tufan İNAÇ2
Abstract- In this study, Spiral Optimization Algorithm (SOA) that is one of the heuristic algorithms was improved by
the self-adaptive concept. Adaptive Spiral Optimization Algorithm (ASOA) includes the self-adaptive structure to
adjust the spiral radius and spiral angle values that are the parameters of SOA during the optimization. Three
different ASOA versions were proposed in this paper. To evaluate the performance of the ASOA's versions, five
benchmark optimization problems were taken from the literature. The proposed ASOA versions are more successful
than classic SOA according to the mean best value and NFE indicators.
Keywords- Spiral Optimization, Self-Adaptive, Benchmark.
I.
INTRODUCTION
In recent years, the heuristic algorithms have become popular optimization algorithms to overcome the
nonlinear and complex problems [1-3]. These algorithms are inspired by biological or natural events. Some of
the heuristic algorithms include firefly optimization algorithm, cuckoo optimization algorithm, bat algorithm,
fruit fly optimization algorithm, crab mating optimization algorithm, flower pollination algorithm and spiral
optimization algorithm [4]. The SOA is a heuristic algorithm inspired by spiral motion in nature. The basic
characteristic of SOA is based on the dynamic step size in its spiral trajectory. At the beginning of the
optimization, the step size is large value and it becomes less at near the optimum point that is always placed at
the centre of the spiral form [5-6]. SOA has got two parameters whose names are spiral angle and spiral radius.
In general, these parameters have fixed values during optimization [7].
In this study, self adaptive concept is proposed to adjust the SOA's parameters during optimization
instead of the fixed spiral radius and spiral angle. Three different ASOA versions are presented by adaptive
structure. Five benchmark optimization problems were taken from the literature to evaluate the performances of
the ASOA versions and classic SOA. The effects of the spiral angle and spiral radius parameters are presented in
the section of result. The diversity that is one of the important criterions in the heuristic algorithms is examined.
As last, the comparison between classic SOA and ASOA versions is represented according to the mean best
value and number of function evaluations (NFE) indicators.
II.
SPIRAL OPTIMIZATION ALGORITHM (SOA)
Two dimensional SOA that was recently proposed by Tamura and Yasuda is a multipoint metaheuristics
search method for two dimensional continuous optimization problems based on the analogy of spiral events in
nature. Then Tamura and Yasuda proposed that n dimensional SOA using a design method of two dimensional
optimization. The SOA has some advantages including its few control variables, local searching capacity, fast
results, easy of using for optimization process, simple structure, etc [4-7].
The SOA structure is based on the dynamic step size in its spiral path trajectory. The step size is larger at
the beginning of optimization process and then it becomes smaller at close to the optimum point that is located at
the centre of the spiral form. The length of the step size from iteration to iteration is calculated by spiral radius
parameter. On the one hand, the shape of spiral form is designed by the spiral angle parameter. Furthermore, this
parameter influences the distance between two points on the spiral path [5-6]. The updating the individuals in the
population for spiral model are formulated as below:
𝑥(𝑘+1) = 𝑟. 𝑀(𝜃). 𝑥𝑘 − (𝑟. 𝑀(𝜃) − 𝐼𝑛 ). 𝑥𝑏𝑒𝑠𝑡
(1)
1*Sorumlu
[email protected]
1*, 2Bilgisayar Mühendisliği Bölümü, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Gülümbe Kampüsü, Bilecik
2İletişim:
8
where 𝑟 denotes the spiral radius parameter, 𝜃 represents the spiral angle parameter, 𝑀 is the rotation matrix,
𝐼𝑛 denotes unit matrix. In the study by Tamura and Yasuda, a multipoint search model was proposed instead of a
one-point search model [6]. In case of the one point search model, the updating mechanism based on Eq. (1) with
𝑥𝑏𝑒𝑠𝑡 does not work completely. Because the initial point becomes the best solution and the center 𝑥𝑏𝑒𝑠𝑡 as
evaluating the initial point. As results of above considerations, a multipoint updating mechanism was proposed
for the SOA as below:
𝑥(𝑘+1)𝑖 = 𝑟. 𝑀(𝜃). 𝑥𝑘𝑖 − (𝑟. 𝑀(𝜃) − 𝐼𝑛 ). 𝑥𝑏𝑒𝑠𝑡 ,
𝑖 = 1,2, . . . 𝑚
(2)
where the common center 𝑥𝑏𝑒𝑠𝑡 denotes a best solution obtained during the optimization process. The rotation
angle around the origin at each iteration is 0 ≤ 𝜃 < 2𝜋 and a convergence rate of distance between a point and
the origin at each iteration is 0 < 𝑟 < 1. 𝑀(𝜃) is the rotation matrix. The rotation matrix for two dimensional
SOA is given below:
𝑀2(1,2) (𝜃) = [
cos 𝜃
sin 𝜃
− sin 𝜃
]
cos 𝜃
(3)
Each two dimensional rotation matrix for n dimensional space is defined in Eq. (4). Whose blank
elements mean zero. As this definition, many rotation matrices are formed by the way selecting two axes consist
of each rotation plane during their permutations or combinations [5-6].
1
⋱
1
cos 𝜃(𝑖,𝑗)
−sin 𝜃(𝑖,𝑗)
1
⋱
𝑀𝑛(1,2) (𝜃(𝑖,𝑗) ) =
(4)
1
sin 𝜃(𝑖,𝑗)
cos 𝜃(𝑖,𝑗)
1
⋱
1]
[
The using of composition rotation matrix 𝑀𝑛 (𝜃) that consists of rotation matrices according to Eq. (4) is
based on all combination ( 𝑛. (𝑛 − 1)⁄2 combinations) of 2 axes. 𝑀𝑛 (𝜃) is defined as Eq. (5):
𝑀𝑛 (𝜃(𝑖,𝑗) ) = ∏𝑖<𝑖 𝑀𝑛(𝑖,𝑗) (𝜃(𝑖,𝑗) )
(5)
In Figure 1, graphical representations for two dimensional spiral models are shown with the different
spiral angles and spiral radius values. The flow chart of n dimensional basic SOA is presented as below:
Step 0: Select to parameters:
Select to number of population size 𝑁𝑝 ≥ 2, the parameters of SOA 0 ≤ 𝜃 < 2𝜋, 0.9 < 𝑟 < 1. Calculate
𝑟𝑀𝑛 (𝜃) and the maximum iteration number 𝑖𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑥 .
Step 1: Initialization:
Set random initials points 𝑥𝑖(0) ∈ 𝐼𝑅𝑛 , 𝑖 = 1,2, . . . 𝑚 in the feasible region of the optimization problem and
calculate the fitness values for each initial points of the population center. Then 𝑥𝑏𝑒𝑠𝑡 is determined as 𝑥𝑏𝑒𝑠𝑡 =
𝑥𝑖𝑔(0) , 𝑖𝑔 = arg 𝑚𝑖𝑛𝑖 𝑓𝑥𝑖(0) , 𝑖 = 1,2, . . . 𝑚.
Step 2: Updating the each individuals (𝑥𝑖𝑘+1 ) according to Eq. (2).
Step 3: Calculate the fitness functions for the new individuals.
Step 4: Updating : 𝑥𝑏𝑒𝑠𝑡 : 𝑥𝑏𝑒𝑠𝑡 = 𝑥𝑖𝑔(𝑘+1) , 𝑖𝑔 = arg 𝑚𝑖𝑛𝑖 𝑓𝑥𝑖(𝑘+1) , 𝑖 = 1,2, . . . 𝑚.
Step 5: New population is used instead of the current population.
9
Step 6: If 𝑘 = 𝑖𝑡𝑒𝑟𝑚𝑎𝑥 then terminate. Otherwise set 𝑘 = 𝑘 + 1 and return to step 2.
(b)
10
10
5
5
2
15
0
x
x
2
(a)
15
0
-5
-5
-10
-10
-15
-15
-10
-5
0
x1
5
10
-15
-15
15
-10
-5
10
10
5
5
2
15
0
-5
-10
-10
-10
-5
0
x1
10
15
5
10
15
0
-5
-15
-15
5
(d)
15
x
x
2
(c)
0
x1
5
10
-15
-15
15
-10
-5
0
x1
Figure 1. Graphical representation of spiral form with different spiral angel/radius parameters.
(a : ϴ=0.95, r=π/4), (b : ϴ=0.90, r=π/4), (c : ϴ=0.95, r=π/2), (d : ϴ=0.95, r=π/3).
III. ADAPTIVE SPIRAL OPTIMIZATION ALGORITHM (ASOA)
In the optimization problems, selecting the parameter values of the heuristic algorithms are very
important. These parameters are depended on problem’s structure. In general, the trial-and-error method is used
for adjusting these parameters before the final optimization run. In this section, a self-adaptive method for the
tuning the parameters of SOA is proposed. In ASOA, there are two adjustable parameters as spiral radius and
spiral angle. The advantage of this approach is that all search points in ASOA are updated by tuning the
parameter values randomly in each iteration. The spiral radius parameter is updated by means of the adaptive
approach in below:
𝑟 + 𝑟𝑛𝑑1 × (𝑟𝑢𝑝 − 𝑟𝑙𝑜𝑤 ),
𝑟𝑖,𝑔+1 = { 𝑙𝑜𝑤
𝑟𝑖,𝑔 ,
𝑖𝑓(𝑟𝑛𝑑2 < 𝜏)
𝑜𝑡ℎ𝑒𝑟𝑤𝑖𝑠𝑒
(5)
where 𝑟𝑖,𝑔 denotes the spiral radius of 𝑖𝑡ℎ individual and 𝑔𝑡ℎ generation, 𝑟𝑙𝑜𝑤 and 𝑟𝑢𝑝 are the lower and the
upper value of the spiral radius, 𝑟𝑛𝑑1,2 stand for the random values in range [0 1], 𝜏 represents the probability to
adjust the spiral radius. In this study, the spiral radius limit values were determined as 𝑟𝑙𝑜𝑤 = 0.9 and
𝑟𝑢𝑝 = 1.0. During the optimization, the other parameter whose name is spiral angle is calculated in Eq. (6):
𝜃 + 𝑟𝑛𝑑3 × (𝜃𝑢𝑝 − 𝜃𝑙𝑜𝑤 ), 𝑖𝑓(𝑟𝑛𝑑4 < 𝜏)
𝜃𝑖,𝑔+1 = { 𝑙𝑜𝑤
𝜃𝑖,𝑔 ,
𝑜𝑡ℎ𝑒𝑟𝑤𝑖𝑠𝑒
(6)
where 𝜃𝑖,𝑔 denotes the spiral angle of 𝑖𝑡ℎ individual and 𝑔𝑡ℎ generation, 𝜃𝑙𝑜𝑤 and 𝜃𝑢𝑝 are the lower and the upper
value of the spiral angle, 𝑟𝑛𝑑3,4 stand for the random values in range [0 1]. In this equation, 𝜏 represents the
probability to adjust the spiral angle. In this study, the limit values of the spiral angle were used as 𝜃𝑙𝑜𝑤 = 0 and
10
𝜃𝑢𝑝 = 2𝜋. In our experiments, 𝜏 coefficient was used as 0.1. In Figure 2, the results of one from the test
benchmark functions are presented for different values of the probability to tune the spiral radius and angle. As
can be seen this figure, the best probability coefficient that is denoted as k, was obtained as 0.1. Figure 3 shows
the variations of the spiral angle and spiral radius during the optimization process of Rosenbrock function.
Figure 2. Results of Rosenbrock function for different spiral angle/radius probability coefficients.
350
1
300
250
0.95
Theta
Radius
200
150
0.9
100
50
0
0
20
40
60
80
100
iteration
120
140
160
0.85
180
0
20
40
60
80
100
120
iteration
140
160
180
200
Figure 3. Spiral angle and spiral radius variations for Rosenbrock function.
In this study, three different adaptive concepts of spiral optimization algorithm are proposed. The details
regarding these adaptive concepts are given below:



ASOA1: Adaptive spiral radius and fixed spiral angle (𝜃 = 𝜋⁄4).
ASOA2: Fixed spiral radius and adaptive spiral angle (𝑟 = 0.95).
ASOA3: Adaptive spiral radius and spiral angle.
IV.
EXPERIMENTAL RESULTS
To evaluate the performances of the ASOA versions, five benchmark test functions taken from the
literature were used. The characteristics of the benchmark functions that used in this study are given in Table 1.
The proposed ASOA concepts were compared with the classic SOA. In the experimental works, the population
size (NP) was used as 20, the maximum number of iterations was selected as 200 and the number of independent
runs was used as 50. All spiral optimization algorithms were coded on PC with Intel(R) Core(TM) i5-3230M
11
CPU 2.60GHz/8GB RAM. The termination criterion was determined as iteration reaches the maximum number
of iteration and|𝑓𝑖𝑡𝑛𝑒𝑠𝑠(𝑏𝑒𝑠𝑡 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙) − 𝑓𝑖𝑡𝑛𝑒𝑠𝑠(𝑤𝑜𝑟𝑠𝑡 𝑖𝑛𝑑𝑖𝑣𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙)| = 𝑉𝑇𝑅. VTR represents the value to reach
and it was used as 1 × 10−6 . This section consists of four sub-sections. The effects of the spiral angle and spiral
radius were presented in the first two sub-sections and then the diversity of the ASOA concepts and SOA
structure were examined. Finally, SOA and the ASOA versions were compared with each other.
Table 1. The characteristics of the benchmark functions [8]
Function
S
Name
𝑑
fmin
[-35 35]
(0, 0)
0
[-5 5]
(3, 2)
(-3.78, -3.28)
(-2.81, 3.13)
(3.58, -1.85)
0
[-11 11]
(-9.65, 9.65)
-0.963
[-5.12 5.12]
(0, 0)
0
[-2.3 2.3]
(1, 1)
0
𝑑
1
1
𝑓(𝑥) = −𝑎 exp −𝑏√ ∑ 𝑥𝑖2 − exp ( ∑ cos(c𝑥𝑖 )) + 𝑎
𝑑
𝑑
𝑖=1
𝑖=1
(
)
+ exp(1)
Ackley (F1)
x1 , x2
Himmelblau (F2)
𝑓(𝑥) = (𝑥12 + 𝑥2 − 11)2 + (𝑥1 +𝑥22 − 7)2
Penholder (F3)
𝑓(𝑥) = −exp |exp (|−
Rastrigin (F4)
𝑓(𝑥) = 10𝑑 + ∑[𝑥𝑖2 − 10cos(2𝜋𝑥𝑖 )]
−1
√𝑥12 + 𝑥22
+ 1|) cos(𝑥1 )cos(𝑥2 )|
𝜋
𝑑
𝑑−1
𝑖=1
𝑓(𝑥) = ∑[100(𝑥𝑖+1 − 𝑥𝑖2 )2 + (𝑥𝑖 − 1)2 ]
Rosenbrock (F5)
𝑖=1
A. The Effect of Spiral Angle
The spiral angle is one of the important parameters of SOA. The effect of the spiral angle parameter is
shown in Fig. 4 for two benchmark functions. As can be seen from these figures, the variation in the spiral angle
affects to the optimization result. For that reason, the proposed ASOA versions include the adaptive based spiral
angle structure.
14
14
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
12
10
8
6
4
10
8
6
4
2
2
0
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
12
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0
0
200
Ackley (F1)
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Rastrigin (F4)
Figure 4. Results of F1 and F4 functions for different spiral angel values.
B. The Effect of Spiral Radius
The other important parameter of SOA is spiral radius. In Fig. 5, the optimization results for the different
spiral radius values are presented for other two benchmark functions.
12
0.8
10
0.9
0.91
0.92
0.93
0.94
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
1
9
8
7
6
5
4
0.9
0.91
0.92
0.93
0.94
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
1
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
3
0.2
2
0.1
1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
0
200
0
20
40
60
Himmelblau (F2)
80
100
120
140
160
180
200
Rosenbrock (F5)
Figure 5. Results of F2 and F5 functions for different spiral radius values.
C. The Diversity
Diversity is an important concept in heuristic algorithms because of obtaining new candidates for solution
from a homogeneous population distribution. ASOA versions consist of the adaptive structure for this purpose.
In addition to this, value to reach (VTR) was added into the all algorithms, so being the same individuals in the
population was avoid. In Fig. 6, the distributions of the individuals in the population for the different iterations
are shown.
iteration=20
4
4
3
3
2
2
1
1
2
5
0
x
x
2
iteration=0
5
0
-1
-1
-2
-2
-3
-3
-4
-4
-5
-5
-5
-4
-3
-2
-1
0
x1
1
2
3
4
-5
5
-4
-3
-2
-1
5
4
4
3
3
2
2
1
1
2
5
0
x
2
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
iteration=80
iteration=40
x
0
x1
0
-1
-1
-2
-2
-3
-3
-4
-4
-5
-5
-5
-4
-3
-2
-1
0
x1
1
2
3
4
5
-5
-4
-3
Figure 6. Population diversity for F4 function.
13
-2
-1
0
x1
D. The Comparison of ASOAs and SOA
In this section, ASOA versions were compared with classic SOA to evaluate their performances. Table 2
summarizes the average results of 50 independent runs of the proposed adaptive based SOA algorithms and
classic SOA according to the mean best and standard deviation values. In this table, mean best indicates the
average of minimum values obtained by ASOA versions and SOA. This indicator represents with the standard
deviation (std dev) to evaluate the performances of the algorithms. For five benchmark functions, ASOA2 has
got the best performance as to mean best indicator. ASOA1 is only successful for one function (F1). In terms of
the number of function evaluations (NFE) and CPU-time, the optimization results with 50 independent runs for
all algorithms are given in Table 3. According to the NFE and CPU-time indicators, ASOA3 is faster than the
other algorithms, but this result does not show the guaranty solution for optimization process.
Table 2. Experimental results (Mean Best & Std Dev.) with 50 independent runs of SOA and ASOA versions
Mean Best (Std Dev)
Function
SOA
ASOA1
ASOA2
ASOA3
F1
2.77e-4 (1.48e-4)
3.32e-4 (2.73e-4)
1.76e-1 (1.25e-0)
2.45e-5 (7.63e-5)
F2
4.14e-9 (9.48e-9)
8.72e-9 (2.14e-8)
1.57e-8 (8.02e-8)
4.08e-9 (1.18e-8)
F3
-9.54e-1 (1.45e-2)
-9.53e-1 (1.47e-2)
-9.57e-1 (1.27e-2)
-9.60e-1 (1.03e-2)
F4
5.77e-1 (8.78e-1)
6.77e-1 (9.31e-1)
8.76e-1 (2.32e-0)
3.58e-1 (7.98e-1)
F5
3.65e-2 (1.82e-1)
1.48e-1 (8.08e-1)
3.00e-2 (8.09e-1)
2.41e-2 (6.47e-2)
Table 3. Experimental results (NFE50 & CPU-time50) with 50 independent runs of SOA and ASOA versions
NFE50 (CPU-time50 sec)a
Function
SOA
ASOA1
ASOA2
ASOA3
F1
4000.0 (0.265)
3972.4 (0.268)
4000.0 (0.270)
3939.6 (0.272)
F2
3800.0 (0.224)
2502.4 (0.154)
3828.0 (0.232)
2668.4 (0.153)
F3
2289.6 (0.136)
1772.8 (0.111)
2260.0 (0.140)
1651.2 (0.101)
F4
4000.0 (0.244)
3172.4 (0.199)
4000.0 (0.254)
2958.8 (0.176)
F5
3846.4 (0.232)
2896.0 (0.172)
3950.4 (0.229)
2769.2 (0.164)
a
NFEn: Number of function evaluations, CPU-timen: time taken by CPU per execution (average of 'n' executions)
In Fig. 7, the average results with 50 independent runs of the proposed adaptive based SOA algorithms and
classic SOA are presented with each other for F3 and F4 functions. In the results of F3 function, it is shown that
ASOA2 has the best minimum values than the others. Although ASOA1 and ASOA3 have the short iteration
values, they stay at the local minimal points. For F4 benchmark function, there is no clear difference between the
algorithms as can be understood from this figure.
rastrigin function
penholder function
9
-0.935
SOA
ASOA1
ASOA2
ASOA3
7
mean of cost value f(x)
mean of cost value f(x)
-0.94
SOA
ASOA1
ASOA2
ASOA3
8
-0.945
-0.95
-0.955
6
5
4
3
2
1
10
20
30
40
50
iteration
60
70
80
20
90
40
60
80
100
120
iteration
140
160
180
Figure 7. Results of SOA and ASOA1, ASOA2, ASOA3 algorithms for F3and F4 functions.
V.
CONCLUSION
In this paper, self-adaptive based spiral optimization algorithms are proposed. There are three different
versions regarding adaptive structure. This paper includes the effects of the SOA's parameters, diversity of the
ASOA versions and the comparison between ASOA versions and classic SOA. The results show that the selfadaptive concept implemented into the SOA, has successful performance in terms of the mean best (standard
14
deviation) and NFE (CPU-time) indicators. In the future works, ASOA2 that is the best algorithm than the others,
will apply to the optimization process such as scheduling, economics, chemical process etc.
REFERENCES
[1]
Goldberg, D. E., Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning, Addison-Wesley,
New York, 1989.
[2]
Michalewicz, Z., Genetic algorithms + Data structures = Evolution Programs, AI Series, SpringerVerlag, New York, 1994.
[3]
Yüzgeç, U., "Performance comparison of differential evolution techniques on optimization of feeding
profile for an industrial scale baker's yeast fermentation process", ISA Transactions, vol. 49, pp.167-176,
2010.
[4]
Nasir, A. N. K., Tokhi, M. O., Sayidmarie, O., Raja Ismail, R. M. T., "A novel adaptive spiral dynamic
algorithm for global optimization", 13th UK Workshop on Computational Intelligence, UKCI 2013, pp.
334–341,
[5]
Tamura, K., Yasuda, K., "Primary Study of Spiral Dynamics Inspired Optimization", IEEJ Transanctions
on Electrical and Electronic Engineering, Vol.6, No.S1, pp.98-100, 2011.
[6]
Tamura, K., Yasuda, K., "Spiral Dynamics Inspired Optimization", JACIII J. Adv. Comput Intell Inform,
Vol.15, No.8, pp.1116-1122, 2011.
[7]
Benasla, L., Belmadani, A., Rahli, M., "Spiral Optimization Algorithm for Solving Combined Economic
and Emission Dispatch", Electrical Power and Energy Systems, Vol. 62, pp. 163-174, 2014.
[8]
Jamil, M., & Yang, X. S., "A literature survey of benchmark functions for global optimization problems",
International Journal of Mathematical Modeling and Numerical Optimization, Vol.4, No.2, pp. 150-194,
2013.
15
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi, Cilt: 3, Sayı: 1, 2016
Karbon Nano Tüplerin Dispersiyonuna SDS Yüzey Aktif
Maddesinin Etkisi
Effect of SDS Surfactant on Dispersion of Carbon Nano Tubes
Miraç ALAF1*, Ubeyd TOÇOĞLU2, Fuat KAYIġ3, Hatem AKBULUT4
Özet- Bu çalışmada karbon nano tüplerin (KNT) suda disperse olmasına sodyum dodesil sülfat (SDS) yüzey aktif
maddesinin etkisi incelenmiştir. Karbon nano tüpler farklı derişimlerde ki sodyum dodesil sülfat çözeltilerine
ultrasonikasyon işlemi ile disperse edilmiş ve bu çözeltilerin zeta potansiyelleri ölçülmüştür.
Anahtar Kelimeler- karbon nano tüp, dispersiyon, sodyum dodesil sülfat, zeta potansiyeli
Abstract- In this study, effect of sodium dodecyl sulfate (SDS) surfactant on dispersion of carbon nano tubes (CNT) in
water was investigated. Carbon nano tubes were dispersed in sodium dodecyl sulfate solutions at different
concentration by ultra-sonication and zeta potential of these solutions was measured.
Keywords- carbon nano tube, dispersion, sodium dodecyl sulfate, zeta potential
I. GĠRĠġ
Karbon nano tüpler (KNT) eĢsiz fiziksel ve kimyasal özellikleri ve çok çeĢitli potansiyel kullanım
alanlarından dolayı multidisipliner araĢtırmaların yoğun olarak ilgisini çekmektedir. Ancak yüksek van der Walls
kuvvetlerinden dolayı KNT'ler yığınlar halinde agrege olma problemi onların sulu çözeltileri içinde
dispersiyonunu zorlaĢtırır. Bu sorunu aĢmaya yönelik literatürde mekanik ve kimyasal temelli dispersiyon
teknolojisi geliĢimi ile ilgili bir çok çalıĢma mevcuttur. Ultrasonikasyon iĢlemi ile mekanik karıĢtırma KNT'lerin
geçici olarak dispersiyonunu sağlasa da aglemerasyon problemi devam eder. Kimyasal yaklaĢım ise KNT
duvarlarının yüzey enerjisini değiĢtirmek üzere yapılırlar [1].
Karbon nano tüplerin suda homojen olarak dağıtılması yüzey aktif maddeler ile sağlanabilir. Yüzey aktif
maddeler nano tüplerin yüzeyinde birikerek kararlı kolloidal dağılım oluĢmasına yardımcı olurlar. Bu kararlı
dağılım karbon nano tüp yüzeylerinde elektriksel çift tabakanın meydana gelmesidir. Yüzey aktif maddeden
gelen itici kuvvet karbon yüzeylerin arasındaki van der Waals etkileĢiminin üstesinden gelir ve bu zayıf bağdan
dolayı karbon nano tüplerin birleĢerek aglomere olmalarını engeller. Moleküler formülü CH 3(CH2)11OSO3Na
olan sodyum dodesil sülfat (NaDDS veya SDS) nano tüplerin çözeltilerde askıda durmasına yardım eden ve
kullanılan ve en bilinen yüzey aktif maddelerden biridir. DüĢük SDS konsantrasyonlarında ultrasonikasyondan
sonra bile büyük ve yoğun nano tüp kümelenmeleri görmek mümkündür. Yüksek konsantrasyonlarda siyah ve
görünüĢte homojen çözeltiler haftalarca kararlılığını korumaktadır. Ancak yüzey aktif maddenin nano tüp
yüzeyinden uzaklaĢtırılması karĢılaĢılan önemli bir problemdir. ġekil 1 nano tüp yüzeyine absorbe olan yüzey
aktif madde molekülünün Ģematik resmini göstermektedir [2].
1*Sorumlu
İletişim: [email protected] , [email protected] , [email protected]
1* Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Gülümbe Kampüsü, Bilecik
2,3,4
2,3,4
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği, Sakarya Üniversitesi, Esentepe Kampüsü, Sakarya
16
Şekil 1. Nano tüp yüzeyine absorbe olan yüzey aktif madde molekülünün Ģematik resmi[2]
Partiküllerin suda disperse olmalarını ölçme yollarında çözeltilerin biri zeta potansiyellerini ölçmektir.
Her partikülün etrafında iki kısımdan oluĢan elektriksel çift tabaka bulunmaktadır. Bu kısımlar; iyonların
kuvvetli bir Ģekilde bağlandığı bir iç tabaka (Stern tabaka) ve iyonların daha gevĢek olduğu bir dıĢ (difüze)
bölgedir. Bu difüze bölge içinde, her partikülün tek bir varlık gibi davrandığı kavramsal bir sınır bulunmaktadır.
Bu sınırdaki potansiyel zeta (ζ) potansiyelidir. Zeta potansiyelinin büyüklüğü, kolloidal sistemin potansiyel
kararlılığı hakkında bir fikir verir. Eğer süspansiyon içerisindeki tüm partiküller büyük negatif ya da pozitif zeta
potansiyeline sahipse bunlar birbirini itme eğilimi içerisinde olur ve partiküllerin bir araya gelmesini sağlayan
bir eğilim bulunmaz yani dağılma kararlılığı vardır. Eğer partiküllerin düĢük zeta potansiyeli değerleri varsa,
partiküllerin bir araya gelmesi ve flokülasyon oluĢumunu engelleyen bir kuvvet bulunmaz ve dağılma
kararsızlığı oluĢur. Zeta potansiyeli etkileyen parametreler; i) pH değiĢiklikleri, ii) iletkenlik (tuzun tipi ve/veya
konsantrasyonu), iii) katkı maddesinin konsantrasyonundaki değiĢiklikler (örneğin yüzey aktif maddeler,
polimerler). Bir partikül dağılımının zeta potansiyelinin yukarıdakilerden herhangi birinin bir fonksiyonu olarak
ölçülmesi, ürünün formülasyonunda maksimum kararlılık veya sistemin flokülasyonu için uygun optimum
koĢulları belirlemekte kullanılır [3].
Bu çalıĢmada farklı deriĢimlerde SDS çözeltileri hazırlanmıĢ ve eĢit miktarda KNT bu çözeltilerde
ultrasonikasyon ile disperse edilmiĢtir. KNT disperse edilmiĢ bu çözeltilerin zeta potansiyelellerindeki
değiĢimler ölçülmüĢtür.
II. DENEYSEL ÇALIġMALAR
Karbon nano tüpler Arry Nano Materials and Nanotechnology firmasından temin edilmiĢ boyu 10µm’den
büyük, çapı 50 nm, % 95 saflıkta ve amorf karbon oranı % 3’den az olan çok duvarlı karbon nano tüplerdir.
Moleküler formülü CH3(CH2)11OSO3Na olan sodyum dodesil sülfat (NaDDS veya SDS) Merck markadır.
Çözeltileri hazırlamak için bidestile su kullanılmıĢtır. Ultrasonikasyon iĢlemi Hielscher marka sonikatör ve zeta
potansiyeli ölçümleri de Malvern marka cihazla yapılmıĢtır.
0 mM, 1 mM, 2 mM, 4 mM, 8 mM ve 12 mM olmak üzere 6 farklı SDS çözeltisi saf su ile hazırlanmıĢtır.
Her bir çözeltiye 1mg/1ml oranında KNT ilave edilmiĢ ve 1 saat süre ile ultrasonikasyon iĢlemi yapılmıĢtır.
Ardından bu çözeltilerin zeta potansiyelleri ölçülmüĢtür. Her ölçüm 5 kez tekrarlanmıĢ ve değerlerin ortalamaları
alınmıĢtır.
III. DENEYSEL SONUÇLAR VE TARTIġMA
Karbon nano tüp kağıt (buckypaper) üretimi, KNT katkılı kompozit üretimi, solüsyon esaslı yöntemlerle
KNT katkılı filmlerin üretimi gibi bir çok uygulamada KNT'lerin çözelti içinde iyi disperse olması ve belirli bir
17
süre askıda kalmasına ihtiyaç duyulur [4-5]. Yüzey aktif maddelerin de katkısı ile partiküllerin dağılma
kararlılığı zeta potansiyeli ile ölçülebilir.
Bu çalıĢmada SDS miktarının zeta potansiyeline etkisi ile nano tüplerin dağılma kararlılığı incelenmiĢtir.
ġekil 2 SDS deriĢimine göre zeta (ζ) potansiyelindeki değiĢim grafiğini vermektedir. Ölçümler 1 saat ultrasonik
sonikasyondan sonra alınmıĢtır ve her test 5 kez tekrarlanmıĢ ortalama değerleri alınmıĢtır. Negatif değerde artan
zeta potansiyeli artan yüzey aktif madde miktarı ile iliĢkilidir. Artan () yük miktarı daha az aglomerasyon
eğilimini gösterir. 30 mV’dan daha küçük (mutlak değerce büyük) sayılar dispers partiküllerin aglomere
olmayacağını ifade etmektedir [6]. Yüzey aktif maddenin giderilmesi gerektiği için kullanılacak deriĢim
kullanım alanına göre de değiĢiklik göstermekle birlikte 2 mM civarında bir değer seçilebilir.
Şekil 2. SDS deriĢimine göre zeta (ζ) potansiyelindeki değiĢim
ġekil 3 saf su ile 1 mg/ml deriĢiminde hazırlannmıĢ KNT çözeltilerinde yüzey aktif maddenin etkisini
göstermektedir. Sağdaki beherde yüzey aktif maddenin varlığı ile KNT'ler iyi bir Ģekilde disperse olmuĢtur.
yüzey aktif maddenin bulunmadığı soldaki beherde partiküller dibe çökme eğilimindedir ve aglomere
olmuĢlardır.
Şekil 3. KNT çözeltisinde yüzey aktif maddenin etkisi
KAYNAKLAR
[1] Duan, W.H., Wang, Q., Collins, F., "Dispersion of carbon nanotubes with SDS surfactants: a study from a
binding energy perspective," Chemical Science, vol. 2, pp.1407-1403, 2011.
18
[2] Gogotsi, Y., Nanotubes and Nanofibers, CRC Press, USA, 2006.
[3] Kosmulski, M., Prochniak, P., Rosenholm, J.B., "Solvents, in which ionic surfactants do not affect the zeta
potential," Journal of Colloid and Interface Science, 342, 110–113, 2010.
[4] Tocoglu, U., Alaf, M., Cevher, O., Guler, M.O., Akbulut, H., “The Effect of Oxidants on the Formation of
Multi-Walled Carbon Nanotube Buckypaper” Journal of Nanoscience and Nanotechnology, vol. 12 pp.
9169–9174, 2012
[5] Liu X., Huang Z.D., Oh S.W., Zhang B., Ma P., Yuen M.M.F., Kim J., "Carbon nanotube (CNT)-based
composites as electrode material for rechargeable Li-ion batteries", Composites Science and Technology,
vol. 72, pp. 121–144, 2012.
[6] Tummala, N.R., Striolo, A., "SDS Surfactants on Carbon Nanotubes: Aggregate Morphology", ACS Nano,
vol. 3, pp. 595-602. 2009.
19
Hidrotermal Yöntem ile ZnO Nanoçubuk Üretimi
ZnO Nanorod Synthesis by Hydrothermal Route
Deniz GÜLTEKİN1*, Fuat KAYIŞ2, Hatem AKBULUT3
Özet- Tek boyutlu malzemeler nanobilim ve nanoteknoloji için önem arz etmektedir. Boyutlardaki küçülme ile eşsiz
elektriksel, mekanik, kimyasal ve optik özellikler elde edilmektedir. Nanoyapılı ZnO malzemeler elektronik, optik ve
fotonik olmak üzere ilgi çekici özelliklere sahiptir. ZnO’nun nanoçubuk, nanotel, nanotarak, nanokemer gibi farklı
nanoyapıları yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Bu çalışmada, ZnO nanoçubukların hidrotermal yöntem ile
üretilmeleri ve karakterizasyon sonuçları sunulmuştur.
Anahtar Kelimeler- ZnO, Nanoçubuk, Hidrotermal yöntem
Abstract- One-dimensional materials are important for nanoscience and nanotechnology. Decreasing in size provides
unique electrical, mechanical, chemical and optical properties. Nanostructured ZnO materials have attractive
properties such as electronics, optics and photonics. Different nanostructures of ZnO such as nanorods, nanowires,
nanotcombs, nanobelt have being studied intensively. In this study, hydrothermal synthesis of ZnO nanorods and
characterization results have been performed.
Keywords- ZnO, Nanorod, Hydrothermal route.
I. GİRİŞ
Nanobilim ve nanoteknoloji 21. yy’ın başlarından itibaren elektronik, malzeme bilimi, kimya, biyoloji,
mekanik ve optoelektronik gibi birçok alanda devrimsel nitelikte gelişmelerle hızla ilerlemektedir. En etkileyici
gelişmeler ise yarıiletken teknolojisi alanlarında meydana gelmektedir [1]. Nanoyapılı ZnO malzemeler
elektronik, optik ve fotonik performansları ile bilim insanlarının yoğun ilgisini çekmektedir [2]. ZnO, geniş bant
aralığına (3.37eV) sahip bir yarıiletkendir. Bu özelliği ile kısa dalga boyunda çalışan opto-elektronik
uygulamalarda önemi büyüktür. Yüksek eksiton bağlanma enerjisine (60 meV) sahiptir [1-6]. Görünür ışıkta
geçirgendir ve dop edilerek iletkenliği arttırılabilmektedir. ZnO nanoyapılar yüzey akustik dalga filtreleri,
fotonik kristaller, fotodedektörler, fotodiyotlar, gaz sensörleri, bataryalar, varistörler ve güneş pilleri gibi yüksek
teknoloji uygulamalarında yaygın bir şekilde kullanım alanı bulmaktadır [2, 3, 5]. Son yıllarda, özellikle tek
boyutlu malzemeler nanobilim ve nanoteknoloji için önem arz etmeye başlamıştır. Boyutlardaki küçülme ile
eşsiz elektriksel, mekanik, kimyasal ve optik özellikler elde edilmektedir. ZnO da bu sebeple önemli bir
teknolojik malzemedir. ZnO’nun nanoçubuk, nanotel, nanotarak, nanohalka, nanohelezon, nanokemer gibi farklı
nanoyapıları olduğu bildirilmektedir. Bu yapılar belirgin büyüme şartları altında başarıyla üretilmektedir [2, 3].
ZnO nanoyapılar ayrıca gaz fazından da büyütülebilmektedir ancak gaz fazından üretim yöntemleri daha
komplike ve pahalı olduğundan genellikle solüsyon esaslı üretim teknikleri tercih edilmektedir. Solüsyon esaslı
üretimler genel olarak sulu çözeltiler kullanılarak gerçekleştirilmekte ve bu proses hidrotermal üretim metodu
olarak adlandırılmaktadır. Hidrotermal yöntemler son yıllarda oldukça ilgi çekmekte ve yönlenmiş
nanomalzemelerin üretimi için yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Hidrotermal yöntemle üretilen ZnO
nanoçubuklar oksijen boşlukları sebebiyle diğer yöntemlerle üretilenlere göre daha fazla hatalı bölge
içermektedir. İç hatalar barındıran nanoçubuklar geçiş metalleri ile katkılama yapılmadan da görünür ışıkta
fotokataliz yeteneğine sahiptir [7].
Genel olarak hidrotermal yöntem ile bir altlık üzerinde dikey yönlenmiş ZnO nanoçubuk büyütülmesi
prosesi için çekirdekleyici bir tabakanın mevcut altlık üzerine kaplanması gerçekleştirilir. Çekirdekleyici tabaka
termodinamik bariyeri düşürerek ZnO nanoçubuk büyümesi için çekirdeklenmeyi teşvik eder. Bir diğer önemli
adım NaOH ya da HMT (hegzaminetilentetramin) gibi alkali bir reaktif ve Zn+2 tuzunun (Zn(NO3)2, ZnCl2, vs.)
1*Sorumlu
1*,2,3
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Sakarya Üniversitesi, Esentepe Kampüsü, Sakarya
2,3İletişim:
[email protected], [email protected]
20
sulu çözeltisinin başlangıç solüsyonu olarak kullanılmasıdır. Çekirdekleyici kaplanmış altlıklar bu sulu
çözeltinin içerisine daldırılır, belirli sıcaklık ve sürelerde solüsyon içerisinde bekletilerek çekirdekleyici tabaka
üzerinde nanoçubukların büyütülmesi gerçekleştirilir [7].
Hidrotermal üretim prosesinde OH– iyon kaynağı olarak kullanılan sodyum hidroksit (NaOH),
hegzametilentetramine (HMTA), sodyum karbonat (Na 2CO3), amonyak (NH3) ve etilendiamine gibi çok çeşitli
kimyasal bulunmaktadır. NaOH, KOH ya da Na2CO3 kullanıldığında üretim prosesi genellikle yüksek
sıcaklıklarda (>100 °C) ve mutlaka otoklav içerisinde belirli bir basınçta gerçekleştirilmektedir. HMTA ya da
NH3 seçildiğinde ise proses sıcaklığı 100 °C’nin altında olur ve bu malzemeler atmosferik şartlarda çalışma
imkanı sunar [7]. Zn(NO3)2 ve HMTA, ZnO nanoçubukların hidrotermal yöntem ile üretiminde kullanılan
kimyasal malzemeler içinde muhtemelen en yaygın kullanılan malzemelerdendir. Zn(NO 3)2, ZnO yapımında
gerekli Zn+2 iyonlarını sağlarken, solüsyondaki H2O molekülleri de O–2 iyon kaynağı olmaktadır [8]. HMTA,
iyonik olmayan halkalı tertiyer amine olarak da bilinmektedir (Şekil 1) [7-10].
HMT ve Zn-Nitrat kombinasyonu başlangıç malzemesi olarak seçildiğinde ZnO nanoçubukların büyüme
prosesi boyunca solüsyon içerisinde meydana gelen kimyasal reaksiyonlar aşağıda verilmiştir [11-17].
Zn(NO3)2  Zn+2 + 2NO-3
(CH2)6N4 + 6H2O  6HCHO + 4NH3
NH4OH  NH3 + H2O
Zn+2 + 4NH3  Zn[(NH3)4]+2
2H2O  H3O+ + OHZn+2 + 2OH  Zn(OH)2
Zn(OH)2  ZnO + H2O
(1.1)
(1.2)
(1.3)
(1.4)
(1.5)
(1.6)
(1.7)
Şekil 1. HMTA moleküler yapısı [8].
HMTA’nın solüsyon içerisindeki tüm fonksiyonları tam olarak anlaşılamamasına rağmen Lewis bazı gibi
davranarak iki Zn+2 iyonu arasında bir köprü görevi üstlendiği bilinmektedir. Böylece würtzit ZnO’nun doğası
gereği polar yüzeyleri boyunca hızlı büyümesinin yanı sıra, HMTA’nın da polar olmayan yan yüzeylerine
bağlanmasıyla yan yüzeylere Zn+2 girişini engelleyerek [0001] yönünde anizotropik büyümesi kolaylaşır. HMTA
ayrıca zayıf bir baz ve pH dengeleyici olarak davranarak [7, 8-10, 18-20] termal dekompozisyon esnasında OHiyonlarını yavaş yavaş serbest bırakarak ortam pH’sını ayarlar. Katı bir molekül olup suda hızlıca hidrolize
olarak denklemlerde gösterildiği gibi kademeli olarak HCHO ve NH 3 üretir ve moleküler yapısı ile ilişkili olan
gerilim enerjisi serbest kalır. Bu kritik bir sentez prosesidir. Eğer HMTA çok hızlı hidrolize olursa çok kısa
sürede çok büyük miktarda OH- iyonu üretilir ki bu durumda solüsyondaki Zn+2 iyonları yüksek pH ortamından
dolayı çöker. Dolayısıyla ZnO nanoçubuk büyüme prosesi durur [7] .
(1.2), (1.3) ve (1.4) reaksiyonlarındaki HMTA dekompozisyonu ile açığa çıkan NH 3’ün iki önemli görevi
vardır. İlki Zn(OH)2 oluşumu için gerekli bazik ortamı hazırlar. İkinci olarak ise Zn +2 iyonları ile koordine olur
ve sulu Zn+2 iyonlarını stabilize eder. Zn(OH)2 ısıl işlem esnasında dekompoze olarak ZnO yapısını oluşturur.
Tüm bu reaksiyonlar kesin bir dengededir ve başlangıç malzemesi konsantrasyonu, büyütme sıcaklığı, büyütme
süresi gibi reaksiyon parametrelerinin ayarlanması ile kontrol edilebilir. Genel olarak başlangıç malzeme
konsantrasyonu nanoçubuk yoğunluğunu belirlemektedir. Büyütme süresi ve sıcaklık ZnO nanoçubuk
morfolojisini ve en-boy oranını etkilemektedir [8-10].
II. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
Hidrotermal yöntem ile üretilecek ZnO nanoçubukların büyütülmesi için öncelikle FTO kaplı cam altlık
malzemesi üzerine çekirdekleyici bir tabakanın biriktirilmesi gerekmektedir. Elektrod olarak çalışacak parçanın
21
hazırlanması için FTO kaplı cam altlıklar öncelikle su ve etanol ile yapılan yüzey temizlenme işlemini takiben,
kaplanacak yüzey maskelenerek çekirdekleyici tabaka kaplanması için hazırlanmıştır. Çekirdekleyici tabaka
ZnO’nun altlık üzerindeki çekirdeklenme prosesini önemli düzeyde etkilemektedir. Çekirdekleyici içerisindeki
nanotaneler ve aktif çekirdekleyici bölgeler çekirdeklenmeyi ve ZnO kristal büyümesini hızlandırmakta ve ZnO
nanoçubuk oluşumunu tetiklemektedir [21]. Aktif çekirdeklenme bölgelerinin bulunması termodinamik bariyeri
düşürerek çekirdeklenme ve kristal büyümesi prosesini desteklemektedir [7, 21].
Çekirdekleyici ZnO tabakasının üretilmesi amacıyla Zn kaynağı olarak kullanılan çinko asetat dihidrat,
100 ml etanol içerisinde çözülmüştür. OH- iyon kaynağı olarak MEA ilave edilerek solüsyon 1 saat boyunca
karıştırılmış, 24 saat yaşlandırma işlemine tabii tutulmuştur. Daldırma kaplama yöntemi ile 5 kat olmak
çekirdekleyici tabaka kaplama gerçekleştirilmiştir. 400° C’de 1 saat ısıl işlem uygulandıktan sonra geçirgen ince
film kaplama elde edilmiş daha sonra ZnO nanoçubuk üretim prosesine geçilmiştir.
ZnO nanoçubukların üretilmesi için Zn kaynağı olarak Zn Nitrat (Zn(NO 3)2), çözücü olarak ise saf su
(H2O) kullanılmıştır. 100 ml saf su içerisinde 0,025 molariteye sahip solüsyon elde edilecek miktarda Zn-Nitrat
ve sisteme gerekli OH- iyonlarının kazandırılması amacıyla 1:1 oranlarında hegzametilentetramine (HMTA)
ilave edilerek solüsyon 1 saat boyunca önce oda sıcaklığında karıştırılmıştır. Kaplama işlemine başlamadan önce
çekirdekleyici tabaka kaplanmış cam altlıklar, ZnO nanoçubuk büyütülmesi hedeflenen yüzeyleri dışında kalan
tüm alanlar tekrar maskelenmiştir. Zn-Nitrat-HMTA sulu çözeltisi içerisine gömülen altlıklar 90 °C’de 1 saat
bekletilerek ZnO nano-çubukların büyütülmesi gerçekleştirilmiştir. Üretimi gerçekleştirilen nanoçubuklar saf su
ile yıkandıktan sonra kurutularak SEM ve XRD analiz yöntemleri ile karakterize edilmiştir.
III. SONUÇLAR
Hidrotermal yöntem ile sulu solüsyondan ZnO nanoçubukların büyütülmesi prosesi ardından yapılan
XRD karakterizasyonu sonucu Şekil 2’de görülmektedir. Analiz sonucu elde edilen kırınım incelendiğinde
nanoçubukların (002) c-ekseninde baskın yönlenme gösterdiği, bununla birlikte (100) ve (101) yönlenmelerinin
de mevcut olduğu görülmektedir. Yönlenme, ZnO nanoçubukların önemli parametrelerinden biridir ve özellikleri
üzerinde önemli rol oynar. Çok sayıda araştırmacı çalışmalarında [8, 22, 23] yönlenmenin altlık ve
çekirdekleyici tabakanın özelliklerinden etkilendiğini, çekirdekleyici tabakanın kalınlık, pürüzlülük ve kristal
kalitesinin ZnO nanoçubukların yönlenmesi üzerine etkilerini bildirmişlerdir. Ancak yine de yönlenmeyi
etkileyen parametreler halen tam olarak anlaşılamamış ve çalışılmakta olan bir durumdur.
Şekil 2. ZnO nanoçubukların XRD analiz sonuç grafiği
Zayıf kristal karakteristiğine sahip ince çekirdekleyici tabaka zayıf yönlenme düzenine sebep olurken,
düzgün dikey yönlenmiş nanoçubuklar kaliteli kristalin yapıdaki daha kalın çekirdekleyici tabaka üzerinde elde
edilebilir [22].
Şekil 3’de verilen SEM analiz görüntüsü incelendiğinde, düzgün dikey yönlenmiş hegzagonal şekle sahip
ZnO nanoçubukların varlığı görülmekle birlikte, nanoçubukların yaklaşık olarak 150-250 nm arasında bir çap
22
boyut dağılımına sahip olduğu anlaşılmaktadır. Çekirdekleyici tabakanın dikey olarak iyi yönlenmiş ZnO
nanoçubuklarının üretimine imkan verdiği ve nanoçubukların morfolojisi, yoğunluk ve boyutları gibi
özelliklerinin çekirdekleyici tabakaya bağlı olarak da kontrol altında tutulabileceği anlaşılmıştır.
Şekil 3. ZnO nanoçubukların yüksek büyütmelerde elde edilmiş SEM görüntüleri.
.
TEŞEKKÜR
Yazarlar bu çalışmaya 2009-50-02-023 ve 2010-01-08-016 numaralı bilimsel araştırma projeleri ile
destek sağlayan Sakarya Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonuna (BAPK) teşekkür eder.
KAYNAKLAR
[1] Steiner, T., Semiconductor nanostructures for optoelectronic applications, Artech House, Londra, 2004.
[2] Baruah, S., Dutta, J. ―Hydrothermal growth of ZnO nanostructures‖, Sci. Technol. Adv. Mater., vol. 10,
013001, pp.18, 2009.
[3] Kołodziejczak-Radzimska, A., Jesionowski, T., ―Zinc oxide—from synthesis to application: a review‖,
Materials, vol. 7, pp. 2833-2881, 2014.
[4] Özgür, Ü., Alivov, Y.I., Liu, C., Teke, A., Reshchikov, M.A., Doğan, S., Avrutin, V., Cho, S.-J., Morkoç,
H., ―A comprehensive review of ZnO materials and devices‖, Journal of Applied Physics, vol. 98, 041301,
pp 103, 2005.
[5] Ivanova, T., Harizanova, A., Koutzarova, T., Vertruyen, B., ―Optical characterization of sol-gel ZnO:Al
thin films‖, Superlattices and Microstructures, vol. 85, pp.101-111, 2015.
[6] Wang, Z. L., ―Zinc oxide nanostructures: growth, properties and applications‖, J. Phys. Condens. Matter.,
vol. 16, pp. 829-858, 2004.
[7] Zhang, Y., Ram, M.K., Stefanakos, E.K., Goswami, D.Y., ―Synthesis, characterization and applications of
ZnO nanowires‖, Journal of Nanomaterials, vol. 624520, pp. 22, 2012.
[8] Xu, S., Wang, Z.L., ―One-dimensional ZnO nanostructures: solution growth and functional properties‖,
Nano Res., vol. 3,no.9, pp. 676–684, 2010.
[9] Sun, Y., Rogers, J.A., ―Semiconductor nanomaterials for flexible technologies from photovoltaics and
electronics to sensors and energy storage/harvesting devices‖, Micro and Nano Technologies, vol. A, pp.
291, 2010.
[10] Kuncser, V., Miu, L., Size effects in nanostructures, basics and applications, Springer-Verlag. 1.st ed.,
2014, pp. 321.
23
[11] Fujihara, S., Sasaki, C., Kimura, T., ―Crystallization behavior and origin of c- axis orientation in sol-gelderived ZnO:Li thin films in glass substrates‖, Appl. Surf. Sci., vol. 180, pp. 341–350, 2001.
[12] Lv, J., Liu, C., Wang, F., Zhou, Z., Zi, Z., Feng, Y., Chen, X., Liu, F., He, G., Shi, S., Song, X., Sun., Z.
―Influence of solution concentrations on surface morphology and wettability of ZnO thin films‖, Electronic
Materials Letters, vol. 9, no.2, pp. 171-176, 2013.
[13] Rao, J., Winfield, R.J., Koh, L.H.K., O'Brien, S., Crean, G.M., ―Patterned transparent zinc oxide films
produced by sol–gel embossing‖, Physica status solidi (a), vol. 205, no.8, pp. 1938-1942, 2008.
[14] Hagfeldt, A., Boschloo, G., Sun, L., Kloo, L., Pettersson, H., ―Dye-sensitized solar cells‖, Chem. Rev., vol.
110, pp. 6595–6663, 2010.
[15] Znaidi, L., Chauveau, T., Tallaire, A., Liu, F., Rahmani, M., Bockelee, V., Vrel, D., Doppelt, P., ―Textured
ZnO thin films by sol–gel process: synthesis and characterizations‖, Thin Solid Films, in press, 2015.
[16] Sakthivelu, A., Saravanan, V., Anusuya, M., Prince, J.J., ―Structural, morphological and optical studies of
molarity based ZnO thin films‖, Journal of Ovonic Research, vol. 7, no. 1, pp.1-7, 2011.
[17] Jiwei, Z., Liangying, Z., Xi, Y,. ―The dielectric properties and optical propagation loss of c-axis oriented
ZnO thin films deposited by sol-gel process‖, Ceram. Int., vol. 26, no. 8, pp. 883-885, 2000.
[18] Wang, S.-F., Tseng, T.-Y., Wang, Y.-R., Wang, C.-Y., Lu, C.-C., ―Effect of ZnO seed layers on the
solution chemical growth of ZnO nanorod arrays‖, Ceramics International, vol. 35, pp.1255–1260, 2009.
[19] Zhitao, H., Sisi, L., Jinkui, C., Yong, C., ―Controlled growth of well aligned ZnO nanowire arrays using the
improved hydrothermal method‖, Journal of Semiconductors, vol. 34, no. 6, pp. 1-6, 2013.
[20] Polsongkram, D., Chamninok, P., Pukird, S., Chow, L., Lupan, O., Chai, G., Khallaf, H., Park, S., Schulte,
A., ―Effect of synthesis conditions on the growth of ZnO nanorods via hydrothermal method‖, Physica B.,
vol. 403, pp. 3713– 3717, 2008.
[21] Gao, X.-D., Li, X.-M., ―ZnO submicron structures of controlled morphology synthesized in zinchexamethylenetetramine-ethylenediamine aqueous system‖, J. Mater. Res., vol. 22, pp. 7, 2007.
[22] Ji, L.-W., Peng, S.-M., Wu, J.-S., Shih, W.-S., Wu, C.-Z., Tang, I.-T., ―Effect of seed layer on the growth
of well-aligned ZnO nanowires‖, Journal of Physics and Chemistry of Solids, vol.70, 1359–1362, 2009.
[23] Amin, G., Asif, M.H., Zainelabdin, A., Zaman, S., Nur, O., Willander, M., ―Influence of pH, precursor
concentration, growth time, and temperature on the morphology of ZnO nanostructures grown by the
hydrothermal method‖, Journal of Nanomaterials, vol. 269692, pp.9 , 2011.
24
ZnO İnce Film Kaplamaların Kıvrımlı Ağ Morfolojisinin
İncelenmesi
Examination of Wrinkle Network Morphology of ZnO Thin Film
Coatings
Deniz GÜLTEKİN1*, Fuat KAYIŞ2, Hatem AKBULUT3
Özet. Bu çalışmada ZnO ince film kaplamalar sol-jel yöntemi ile üretilmiş, SEM ve XRD analiz cihazları ile
karakterize edilmiştir. Üretim sonrası ince film kaplamada görülen kıvrımlı ağ morfolojisi üzerine incelemeler
gerçekleştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler- ZnO, İnce film, Nanoyapı, Sol-jel, Kıvrımlı ağ
Abstract. In this work, ZnO thin film coatings have been synthesized by sol-gel method and characterized by SEM and
XRD analysis devices. Wrinkled morphologies of thin films which seen after the production procedure have been
examined.
Keywords- ZnO, Thin film, Nanostructure, Sol-gel, Wrinkled network
I. GİRİŞ
ZnO, yüksek kimyasal- ve foto-kararlılık, yüksek eksiton bağlanma enerjisi (60 meV) ve geniş bant
aralığı (3.37eV) gibi eşsiz fiziksel ve kimyasal özellikleri ile yaygın çalışma alanına sahip ilgi çekici bir
yarıiletken malzemedir [1]. Nanoyapılı ZnO çok farklı üretim yöntemleri ile üretilebilmektedir. Özellikle sol-jel
metodu düşük sıcaklıklarda işlem yapabilme, kolay kompozisyon kontrolü, düşük maliyet, homojen ve kolay
üretim gibi özellikleri ile yaygın bir şekilde kullanılmaktadır [2]. Sol jel yöntemi diğer kaplama tekniklerine
nazaran uygulaması kolay bir yöntem olması ile birlikte dikkat edilmesi ve araştırılması gereken noktalar
mevcuttur. Sol konsantrasyonu, ön ısıtma sıcaklığı, ısıl işlem sıcaklığı, yaşlandırma süresi gibi üretim
parametreleri, kaplama kalitesini önemli ölçüde etkileyen faktörlerdir.
Bu çalışmada ZnO ince film kaplamaların sol-jel yöntemi ile üretimi gerçekleştirildikten sonra SEM ve
XRD analiz cihazları ile karakterizasyonu yapılmıştır. Üretim sonrası ince film kaplamada görülen kıvrımlı ağ
morfolojisi üzerine incelemeler gerçekleştirilmiştir.
II. DENEYSEL ÇALIŞMALAR
ZnO ince filmlerin üretiminde altlık malzemesi olarak 2,2 mm kalınlıkta, bir yüzeyi flor katkılı kalayoksit
(SnO2:F) ile kaplı (FTO) soda camı kullanılmıştır. Kaplama öncesi cam altlık malzemeler çift destile su ve
etanol ile yıkanarak temizlenmiş ve 5x5 cm boyutlarında kesilmiştir. ZnO ince film kaplamaların üretilmesi
amacıyla sol-jel yöntemi ile elde edilen solüsyonlar, daldırma kaplama tekniği kullanılarak cam altlıklar üzerine
biriktirilmiştir. Çinko kaynağı olarak çinko asetat dihidrat (Zn(CH3COO)2.2H2O) ve çözücü olarak etanol
(C2H5OH) kullanılmıştır.
Çinko kaynağı olarak kullanılacak başlangıç kimyasalları çok çeşitlidir: nitratlar, klorürler, perkloratlar ve
etoksit, propokside gibi alkoksitler. Ama en yaygın kullanım alanı olan başlangıç malzemesi asetat dihidrattır.
Düşük maliyet, kolay kullanım ve ticari olarak yaygın bulunma gibi özellikleriyle metal tuzları geniş uygulama
alanı bulan önemli başlangıç malzemelerindendir. pH dengeleyici olarak solüsyon içerisine belirli oranlarda
monoetanolamine (MEA = H2N-CH2CH2OH) katılmıştır. Asetat, nitrat gibi hidratlı çinko tuzları
1*Sorumlu
1*,2,3
Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü, Sakarya Üniversitesi, Esentepe Kampüsü, Sakarya
2,3İletişim:
25
Monoetanolamine mevcudiyetinde etanol içerisinde çözünürler [3]. Üretim aşamasında MEA, farklı
molar oranlarda hazırlanan solüsyonlar homojen, berrak ve geçirgen bir hale gelene kadar bir şırınga yardımı ile
kontrollü bir şekilde ilave edilmiştir.
Konsantrasyonun etkisinin araştırılması amacıyla başlangıç malzemeleri uygun oranlarda ölçülerek nihai
solüsyonlar 0,5 M konsantrasyona sahip olacak şekilde beher içerisinde manyetik karıştırıcı yardımı ile
karıştırmaya başlanmış, bu esnada MEA ilavesi yapılarak karıştırmaya devam edilmiştir. Karıştırma süresi 1 saat,
sıcaklık ise 60 °C olarak belirlenmiştir. Bir saat sonunda oda sıcaklığına soğutulan solüsyonların homojen ve
saydam oldukları, herhangi bir topaklanma ya da çökelmenin olmadığı gözlemlenmiştir. 24 saat süre ile
yaşlandırma işlemine tabi tutulduktan sonra 5 kat kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Her bir kaplama adımından
sonra numuneler etüvde 100 °C’de 10 dakika bekletilerek kurutulmuş, daha sonra oda sıcaklığına soğutularak bir
diğer kaplama işlemi uygulanmıştır. Son kaplama adımından sonra yine etüvde kurutulan numuneler 400 °C’de
açık atmosfer şartlarında fırın içerisinde 1 saat nihai ısıl işleme tabi tutulmuştur. Kaplama morfolojileri ve detaylı
yapısal analizler SEM ve XRD cihazları ile analiz edilmiştir.
III. SONUÇLAR VE TARTIŞMA
ZnO ince film kaplama üretimi gerçekleştirildikten sonra yapılan X-ışınları analiz sonuç grafiği Şekil
1’de verilmiştir. Grafik genel olarak incelendiğinde, üretilen tüm ince filmin çok kristalli yapıda olduğu, ZnO
vürtzit yapısının karakteristik pikleri (JCPDS kart no: 01-076-0704) olan (100), (002), (101), (102), (110), (103)
ve (201) düzlemlerinin varlığı görülmektedir. ZnO ince film kaplamaların kalitesi ve tercihli kristal yönlenmeleri
sol konsantrasyonu, ısıl işlem sıcaklığı, film kalınlığı ve kullanılan altlık malzemesi ve benzeri üretim
parametrelerine bağlı olarak değişmektedir [4-8]. Üretilen ince film kaplamada (100) ve (101) düzlemlerinde
tercihli yönlenme görülmektedir.
Şekil 1. ZnO ince film kaplamanın XRD analiz sonuç grafiği
ZnO ince film kaplamanın SEM analiz görüntüleri Şekil 2’de verilmiştir. Film morfolojisi genel olarak
incelendiğinde kaplamanın homojen olarak tüm altlık yüzeyini kapladığı, herhangi bir çatlak, deformasyon ya da
kaplanmamış bir bölgenin bulunmadığı görülmektedir. İnce film kaplamanın uniform boyut dağılımlı ağaç
dalları ya da dağlar gibi kıvrımlı yapıya sahip olduğu görülmektedir. Bu yer yer kısmi silindirik dallar,
birbirleriyle bağlı küresel ve eş eksenli nano partiküllerin bir araya gelerek dar ya da geniş sırtlı kıvrımlarla
poroz ZnO ağı oluşturması sonucu meydana gelmektedir. Nano-duvarlar [9] olarak da adlandırılabilen bu
yapılara benzer yüzey görüntülerine sahip çalışmalar literatürde mevcuttur [10, 11]. Bu tür bir nanoyapılı yüzey
morfolojisinin Zn-asetat, etanolik çözücü ve monoetanolamine başlangıç malzemelerinin kombinasyonundan da
etkilenmektedir [10].
Üretilen filmde kıvrımlı desene sahip yüzey morfolojisinin görülmesinin izahı esas olarak ısıl proses
esnasında uçucu bileşenlerin uzaklaşması ile kaplama yapısında meydana gelen gerilimin gevşemesi ile ortaya
çıktığı şeklindedir. Gerilim gevşemesi sebebiyle ince filmlerde desen oluşumu doğada ve teknolojide sıklıkla
karşılaşılan bir durumdur. Bu desenlerden biri de kırışıklık ya da kıvrım (wrinkle) olarak adlandırılan yüzey
desenleridir. Bu kıvrımlı desenler aynı zamanda baskın izotropik dalgalanmalar şeklinde de görülebilmektedir
[11].
26
Şekil 2. Kıvrımlı ağ morfolojisine sahip ZnO ince film kaplamanın SEM analiz görüntüsü
Sol-jel yöntemi ile üretilen ince filmlerde, film ve altlık malzemenin termal genleşme katsayıları
arasındaki farktan meydana gelen basma gerilimi de kuruma prosesi boyunca meydana gelmektedir ki bu da
jelleşen ince filmin kıvrılması-kırışması ya da bükülmesine sebep olabilmektedir [11]. Kuruma prosesi boyunca
çözücünün uzaklaşması sebebiyle meydana gelen gerilim gevşemesi ile kaplama yapısı Şekil 3’de verilen ağaç
köklerinin kıvrımlarına benzer bir yapı şeklinde ya da iskelet dalları formunda izotropik dalgalı uniform olmayan
nano-desenlere sebep olmaktadır. Desenlerin, kalınlığın dörtte üçü boyunda olacak şekilde bir ilişki oluşturan
baskın bir dalga boyu düzeni vardır [4].
Şekil 3. Literatürde ZnO kıvrımlı kaplama yapısının ağaç kök dallarının yapısı ile karşılaştırılması [12].
Kalıntı çözücünün filmden uzaklaşmasıyla meydana gelen hacimsel zorlanmadaki artış sebebiyle, jelleşen
filmin yoğunlaşması da artar. Kuruma prosesi boyunca buharlaşmaya başlamasıyla birlikte kıvrım ağı yapısı da
oluşmaya başlar. Bu proses boyunca kıvrım ağının, katı-sıvı arayüzeyi yerine katı-buhar arayüzeyi tarafından
sağlanan geniş arayüzey enerjisi ile dış ortama maruz kalmasıyla çözücü yapıdan çekilir; ağ yapısının
kendiliğinden daralmasına sebep olan ve Darcy kanununu sağlayan bir kitle taşıma durumu oluşturur. Elde
edilen ağlar, solvent yapının içinden yapının yüzeyine doğru kapiler basınç gradyanı tarafından çekilirken
genellikle altlığa tutunmuş birbirlerine bağlı iskelet dalları şeklinde bir yapı sergiler. Böylece iki tabaka
arasındaki termal genleşme katsayıları arasındaki fark tarafından meydana gelen termal gerilim durumunda
olduğu gibi, kuruma prosesi de iç gerilime sebep olur. İşte bu iç gerilim jelleşen ince filmin çatlamasına değil
kıvrılmasına sebep olmaktadır [4]. Kıvrım desenli morfoloji, gerilim alanları tarafından kontrol edilmektedir. Bu
kıvrımların kontrollü çekirdeklenmesi ve büyütülmesi ile morfolojinin gerilim alanlarından nasıl etkilendiği
belirlenebilmektedir [13].
TEŞEKKÜR
Yazarlar, bu çalışmaya 2009-50-02-023 ve 2010-01-08-016 numaralı bilimsel araştırma projeleri ile
destek sağlayan Sakarya Üniversitesi, Bilimsel Araştırma Projeleri Komisyonuna (BAPK) teşekkür eder.
KAYNAKLAR
[1]
Kołodziejczak-Radzimska, A., Jesionowski, T., “Zinc oxide—from synthesis to application: a review‖,
27
Materials, vol. 7, pp. 2833-2881, 2014.
[2]
Kao, M. C., Chen, H. Z., Young S. L., ―Effects of preannealing temperature of ZnO thin films
on the performance of dye-sensitized solar cells‖, Applied Physics A, vol. 98, no. 3, pp 595-599, March
2010.
[3]
Kanmani, S.S., Ramachandran, K., Umapathy, S., ―Eosin yellowish dye-sensitized ZnO nanostructurebased solar cells employing solid peo redox couple electrolyte‖, International Journal of Photoenergy,
267824, pp. 8 , 2012.
[4]
Dutta, M., Mridha, S., Basak, D., ―Effect of sol concentration on the properties of ZnO thin films
prepared by sol–gel technique‖, Applied Surface Science, vol. 254, pp. 2743–2747, 2008.
[5]
Tsaya, C-Y., Fana, K-S., Chena, S-H.,Tsai, C-H., ―Preparation and characterization of ZnO transparent
semiconductor thin films by sol–gel method‖, Journal of Alloys and Compounds, vol. 495, pp. 126–130,
2010.
[6]
Lv, J., Liu, C., Gong, W., Zi, Z., Chen, X., Huang, K., Wang, T., He, G., Song, X., Sun, Z., ―Effect of
solution concentrations on crystal structure, surface topographies and photoluminescence properties of
ZnO thin films‖, Superlattices and Microstructures, vol. 51, no.6, pp. 886-892, 2012.
[7]
Kim, Y.-S., Tai, W.-P., Shu, S.-J. ―Effect of preheating temperature on structural and optical properties of
ZnO thin films by sol–gel process‖, Thin Solid Films, vol. 491,no. 1–2, pp.153–160, 2005.
[8]
Fujihara, S., Sasaki, C., Kimura, T., ―Crystallization behavior and origin of c- axis orientation in sol-gelderived ZnO:Li thin films in glass substrates‖, Sci.Appl. Surf. Sci., vol. 180, pp. 341–350, 2001.
[9]
Tiwari, J.N., Kwang, R.N., Kim, S., K.S., ―Zero-dimensional, one-dimensional, two-dimensional and
three-dimensional nanostructured materials for advanced electrochemical energy devices‖, Progress in
Materials Science, vol. 57, pp. 724–803, 2012.
[10]
Bu, I.Y.Y., Cole, M.T., ―A highly conductive and transparent solution processed AZO/MWCNT
nanocomposite‖, Ceramics International, vol. 40, no.1A, pp. 1099-1104, 2014.
[11]
Kwon, S.J., Park, J.-H., Park, J.-G., ―Wrinkling of a sol-gel-derived thin film‖, Physical Review E. , vol.
71, pp. 011604, 2005.
[12]
Raj, C.J., Karthick, S.N., Hemalatha, K.V., Kim, S.-K., Kim, B.C., Yu, K.-H., Kim, H.-J., ―Synthesis of
self-light-scattering wrinkle structured ZnO photoanode by sol–gel method for dye-sensitized solar cells‖,
Appl. Phys. A., vol. 116, pp. 811–816, 2014.
[13]
Budrikis, Z., Sellerio, A.L., Bertalan, Z., Zapperi, S., ―Wrinkle motifs in thin films‖, Sci. Rep., vol. 5, pp.
8938, 2015.
28
İnşaat İşlerinde Mevzuatlarla İş Sağlığı ve Güvenliği
Occupational Health and Safety with Regulations in Construction
Works
Özlem ÇALIŞKAN1*, Cenk KARAKURT2, Fatih TOZLUTEPE3
Özet- 30 Haziran 2012 tarihinde Çalışma Sosyal Güvenlik Bakanlığı tarafından 6331 sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği
Kanunu yayınlanmıştır. Bu kanun tüm işyerlerini kapsamaktadır. İnşaat Sektörü risk gurubu olarak çok tehlikeli
sınıfta yer almaktadır. Gerek risk guruplarının çok kısa zaman aralıkları ile değişkenlik arz etmesi gerekse iş kazaları
meslek guruplarına göre değerlendirildiğinde inşaat yapım işlerinin ilk üç sırada yer almasından dolayı inşaat işleri
mevcut yönetmelikler ve tebliğlerle değerlendirilmiştir. Bu çalışmada inşaat işleri bölümlerinden bazılarının,
yürürlükte olan yönetmeliklerle değerlendirilmesi yapılmıştır.
Anahtar Kelimeler- İnşaat işleri, betonarme imalat, yüksekte çalışma, prefabrik elemanlar
Abstract- 6331 dated June 30, 2012 Date of Labour Occupational Health and Safety has been published by the
Ministry of Social Security laws. This law covers all workplaces. Construction is located in a very dangerous class as a
risk group. Both risk groups to supply variability with very short time intervals as well as occupational accidents are
evaluated according to occupational group due to take place the first three rows of the construction works and
construction works are considered liabilities with current regulations and communiqués. In this study it is evaluated
by the legislation on the construction of the section.
Keywords- Construction works, reinforced concrete working at heights, prefabricated elements
I. GİRİŞ
Yalnızca ülkemizde değil, tüm dünyada iş kazaları ile işçi sağlığı ve iş güvenliği sorunları oldukça ciddi
boyutlara ulaşmıştır. Ülkemizde ise inşaat sektöründe meydana gelen iş kazalarının oranı diğer sektörlere göre
oldukça yüksektir. Bunun en önemli nedenlerinden biri de inşaat sektörünün kendine özgü koşullarının
bulunmasıdır. Yapının türüne bağlı olarak farklı riskler ve farklı iş kazaları gündeme gelmektedir. Şantiye
türlerine göre iş kazası dağılımlarına bakıldığında bina şantiyeleri ilk sırada yer almaktadır. İş sağlığı ve
güvenliğine ilişkin tehlike sınıfları listesi tebliğine göre, bina inşaatı ve tamiratı, bina yıkımı işleri, iskele, liman,
mendirek inşaat ve tamiratı, bina dışı elektrik, gaz, telgraf, telefon, tesisatı ve havai hat boru hattı inşaat, tamirat
ve bakım işleri çok tehlikeli sınıfta yer almaktadır [1].
II. İNŞAAT İŞLERİNİN BÖLÜMLERİNE GÖRE İNCELENMESİ
A. Hafriyat İşleri
Hafriyat kazı işlerinin tümüne verilen addır. Kazıdan çıkan malzemenin bir depolama alanına dökülmesi
ve burada düzeltilmesi de bu kavramın içinde yer almaktadır. Kazı işleri el ve kürek, kazma gibi aletlerle
yapılabileceği gibi ekskavatör, greyder, loder gibi iş makineleri kullanılarak da yapılabilir.
Hafriyat yapanlar, hafriyat toprağının çıkartılması sırasında gürültü ve görüntü kirliliği ile toz
emisyonlarını azaltacak tedbirleri almak ve faaliyet alanının çevresini kapatmakla yükümlüdür.
Hafriyat toprağının çıkartılması sırasında doğal drenaj sistemleri korunur ve olabilecek erozyona karşı
önlem alınır. Hafriyat yapan kişi/kuruluş hafriyat toprağının çıkarılması esnasında hafriyat alanının yanındaki
binaları, doğal drenaj, enerji ve telekomünikasyon tesislerini/sistemlerini, kaldırım ve yol kaplamasını korumak,
olabilecek hasar ve erozyona karşı önlem almakla yükümlüdür [2].
1*Sorumlu
1*, 2
İnşaat Mühendisliği Bölümü, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Gülümbe Kampüsü, Bilecik
2,3İletişim:
A2 Mimarlık Mühendislik İnşaat San. Tic. Ltd. Şti., Eskişehir
3
29
Kazı işine başlanmadan önce aşağıda belirtilen hususlara uyulur:
 Kazının bitişik yapıları etkileyip etkilemeyeceği araştırılır ve etkileme ihtimali mevcut ise kazı
başlamadan önce gerekli tedbirler alınır.
 Yer altı kabloları, gaz boruları, su, kanalizasyon ve diğer dağıtım sistemlerinin yerleri belirlenir ve
bunlardan kaynaklanabilecek tehlikeleri asgariye indirmek için gerekli tedbirler alınır.
 Meskûn mahallerde, yapı alanının çevresi yeterli yükseklik ve sağlamlıkta uygun malzemeden yapılmış
perde ile çevrilerek ikaz ve uyarı için gerekli düzenlemeler yapılır, bunlar yapının bitimine kadar bu şekilde
korunur.
 Meskûn mahallerin dışında yapılan kazıların kenarlarına uyarı şeritleri çekilerek ikaz levhaları asılır [3].
B. Yıkım İşleri
Yıkım, yönetmeliklere uygun olmayan veya kullanım süresini tamamlamış yapıların bertaraf edilmesi
işidir. Yıkımı yapılacak yapıların içlerindeki geri kazanılabilir malzemelerin öncelikle ayrıştırılması ve geri
kazanılması esastır. Yıkımın hidrolik ekipmanlara sahip iş makineleri ile yapılması durumunda, kolon ve kiriş
gibi beton yapılar kesilir veya parçalanır. Yıkım işlemleri sırasında gürültü, toz ve görüntü kirliliği ile ilgili
olarak yönetmelikte belirtilen tedbirler alınır. Hafriyat, inşaat/tamirat/tadilat ve yıkım işlemleri sırasında
oluşacak gürültü emisyonları ile ilgili olarak, 11/12/1986 tarihli ve 19308 sayılı Resmî Gazete’de yayımlanarak
yürürlüğe giren Gürültü Kontrol Yönetmeliği esaslarına uyulur [2].
Şantiye alanlarından çevreye yayılan gürültü seviyesi ve gürültünün önlenmesine ilişkin kriterler aşağıda
belirtilmiştir:
a) Şantiye alanındaki faaliyet türlerinden çevreye yayılan gürültü seviyesi Ek-VII’de yer alan Tablo-5’te
verilen sınır değerleri aşamaz.
b) Konut bölgeleri içinde ve yakın çevresinde gerçekleştirilen şantiye faaliyetleri gündüz zaman dilimi
dışında akşam ve gece zaman dilimlerinde sürdürülemez.
c) Haftasonu ve resmî tatil günlerinde gerçekleştirilecek şantiye faaliyetlerine, konut bölgeleri ve yakın
çevresinden gelen şikayetlerin yoğunluğu dikkate alınarak, İl Mahalli Çevre Kurulu Kararı ile yasaklama
getirilebilir.
ç) Kamu yararı gerektiren baraj, köprü, tünel, otoyol, şehir içi anayol, toplu konut gibi projelerin inşaat
faaliyetleri ile şehir içinde gündüz trafiği engelleyecek inşaat faaliyetleri gündüz zaman diliminde çalışmamak
koşuluyla Ek-VII’de yer alan Tablo-5’teki gündüz değerlerinden akşam için 5 dBA, gece için 10 dBA
çıkartılarak elde edilen sınır değerlerin sağlanması ve bu kapsamda alınacak İl Mahalli Çevre Kurulu Kararı ile
sürdürülebilir.
d) Şantiye faaliyeti sonucu oluşabilecek darbe gürültüsü, LCmax gürültü göstergesi cinsinden 100 dBC’yi
aşamaz.
e) Faaliyet sahibi tarafından şantiye alanında; inşaatın başlama, bitiş tarihleri ve çalışma periyotları ile
büyükşehir belediyesi veya il/ilçe belediyesinden alınan izinlere ilişkin bilgiler inşaat alanında herkesin kolayca
görebileceği bir tabelada gösterilir.
f) Tatil beldelerinde ve turistik alanlarda gerçekleştirilen tüm şantiye faaliyetleri büyükşehir belediyesi
ve/veya il/ilçe belediyesinin kararı doğrultusunda hafta sonları veya bir kaç ay süre ile tamamen durdurulabilir.
[4].
Oluşacak toz emisyonlarının asgariye indirilmesi, görüntü kirliliğinin önlenmesi ve gerekli emniyet
koşularının sağlanması amacı ile tadilat/yıkım yapılacak binaların dış cephesi yırtılmaz ve tutucu özelliğe sahip
file ve benzeri malzeme ile koruma altına alınır [5].
Yıkım işlerinde aşağıdaki hususlara uyulur:
 Yıkımdan önce yapının içindeki ve etrafındaki havagazı, su ve elektrik bağlantıları kesilir ve yıkılacak
kısmın etrafında, güvenlik alanı bırakılarak gerekli tedbirler alınır.
 Yıkım işleri, ilgili standartlar ve konuya ilişkin mevzuat hükümlerine uygun şekilde yürütülür.
 Çalışmalarda uygun çalışma yöntemleri ve ekipmanlar kullanılır, gerekli tedbirler alınır.
 Çalışmalar, işveren tarafından görevlendirilen ehil kişinin gözetimi altında planlanır ve yürütülür.
 Yıkım esnasında toz kalkmaması ve yıkılan kısma ait malzeme ve molozların çalışma ortamından
güvenli bir şekilde uzaklaştırılması için gerekli tedbirler alınır [5].
30
C. Betonarme Kalıp İşleri
Beton ve betonarme yapı elemanlarının inşasında, yerine dökülen betonun projedeki biçimde durmasını
sağlamak için kullanılan yüzey kaplama ile bu kaplamanın bağlanması ve desteklenmesi için kullanılan
parçalardan meydana getirilen sisteme kalıp denir. Betonarme kalıpları projesine uygun olarak, gerektiğinde
çelik çubukların yerine konulup bağlanmasını sağlamak, karılmış betona istenilen şekli vermek, prizini alıncaya
kadar ağırlığını taşımak ve yanlara basıncını önlemek üzere geçici olarak yapılır.
Kalıp işleri işveren tarafından görevlendirilen ehil kişi gözetiminde ve konu ile ilgili tecrübe sahibi
çalışanlarca yapılır. Kalıp panolarının, geçici destek ve payandaların üzerlerine binen yüke ve gerilime
dayanacak şekilde planlanması, tasarlanması, kurulması ve korunması sağlanır. Çalışanları, kalıp sisteminin
geçici dayanıksızlık veya kırılganlığından kaynaklanan risklerden korumak için yeterli tedbirler alınır.
Betonarme kalıplarının yeterliliği her beton dökümünden önce kontrol edilir. Özellikle kayar kalıp, tünel
kalıp ve masa kalıplardaki bağlantı yerleri, sabitleme elemanları, tijler, hidrolik hortumları, taşıma yerleri, pano
krikoları, teker sistemleri, fiş krikoları, yayların aksları ve hareketli parçalar, sapma pimler, ağ sistemleri ve
benzeri kalıp parça ve unsurları düzenli olarak ve her kullanımdan önce kontrol edilerek deformasyona uğramış
ve güvenliği tehlikeye atabilecek durumda olanların kullanılmasına müsaade edilmez. Kalıp sökme işi için
izlenecek çalışma yöntemi, parçaların hangi sırayla sökülmesi gerektiği, çalışanların çalışma yerlerine güvenli
ulaşımı, sökülen kalıp malzemelerinin çalışma ortamından güvenli şekilde uzaklaştırılması ve istifi, kalıp
malzemelerinin dengeli olarak yere indirilmesi veya yukarıya çıkarılması gibi konularda gerekli düzenlemeler
yapılır, araç ve gereçler eksiksiz olarak temin edilir. Söküm sırasında, söküm alanında görevli çalışanlar hariç
kimse bulundurulmaz [5].
D. Beton Döküm İşleri
Beton dökümünde aşağıdaki hususlara uyulması sağlanır;
 Beton pompasının beton dökülecek yere uygun durumda konumlandırılması,
 Beton pompasının destek pabuçlarının zemine uygun şekilde sabitlenmesi,
 Beton pompası bom ve hortumların birleşim yerlerinde hava basıncından dolayı oluşabilecek açmaların
önlenebilmesi için gerekli kontroller yapılması,
 Pompa kollarının açılmasında ve toplanmasında çevredeki bina, elektrik iletim hatları gibi tesislerin
oluşturduğu risklerin ortadan kaldırılması,
 Enerji nakil hatlarının altlarında pompa çalıştırılmaması veya zorunlu olduğu durumlarda enerji nakil
hatlarıyla temasının olmaması için gerekli tedbirlerin alınması,
 Beton pompası bomunun ucundaki bom hortumunun güvenli yöntemlerle idare edilmesi,
 Beton yığılmasının tehlike oluşturacağı döşeme betonu dökümü gibi işlerde betonun uygun şekilde
yayılarak dökülmesi,
 Beton dökülen kısmın hemen altında çalışma yapılmaması,
 Beton dökülen ağızda hortumun savrulmaması,
 Beton pompası operatörünün betonun döküldüğü yeri görmemesi durumunda uygun haberleşme imkânı
sağlanması,
 Beton dökümü bitinceye kadar kalıpların sürekli kontrol edilmesi,
 Kalıp açılması ve patlamasının gerekli tedbirler alınarak önlenmesi [3].
E. Yüksekte Çalışma
Yaşanan her üç iş kazasından biri, düşmeler ve yüksekten düşen cisimler sonucu oluşmaktadır. 2011
yılının SGK verilerine baktığımızda, 69227 kayıtlı iş kazası, bu kazalarda ölen işçi sayısının 1710 kişi, yani
günde ortalama 5 işçinin iş kazaları nedeni ile hayatını kaybettiğini görüyoruz. Dolayısıyla yüksekte çalışma
gerçekleştirenler, yer çekiminin insana saygısı olmadığını unutmamalıdır. Yüksekten düşmeler, geçici/kalıcı
sakatlık, ölüm gibi istenmeyen sonuçları ile herkes üzerinde etkilidir. Bir insanın denge noktası ikinci bel
omurudur. Yani ikinci bel omurunu geçen yerler yüksek olarak kabul edilir. Böyle yerlerde yapılan işlere
yüksekte çalışma denir.
Seviye farkı bulunan ve düşme sonucu yaralanma ihtimalinin oluşabileceği her türlü alanda yapılan
çalışma; yüksekte çalışma olarak kabul edilir. Yüksekte yapılan çalışmalarda aşağıdaki hususlara uyulur:
 Yüksekte yapılması zorunlu olmayan montaj ve benzeri çalışmaların mümkün olduğunca öncelikle
yerde yapılması sağlanır.
31
 Yapılacak çalışmaların önceden planlanması ve organize edilmesi, bu planlama yapılırken yüksekten
düşme ile ilgili hususlara acil durum planında yer verildiğinden emin olunması sağlanır.
 Çalışanların, çalışma yerlerine güvenli bir şekilde ulaşmaları uygun araç ve ekipmanlarla sağlanır.
 Çalışma yerlerinde çalışanların güvenliği öncelikle, güvenli korkuluklar, düşmeyi önleyici platformlar,
bariyerler, kapaklar, çalışma iskeleleri, güvenlik ağları veya hava yastıkları gibi toplu koruma tedbirleri ile
sağlanır.
 Toplu koruma tedbirlerinin düşme riskini tamamen ortadan kaldıramadığı, uygulanmasının mümkün
olmadığı, daha büyük tehlike doğurabileceği, geçici olarak kaldırılmasının gerektiği hallerde, yapılan işlerin
özelliğine uygun bağlantı noktaları veya yaşam hatları oluşturularak tam vücut kemer sistemleri veya benzeri
güvenlik sistemlerinin kullanılması sağlanır. Çalışanlara bu sistemlerle beraber yapılan işe ve standartlara uygun
bağlantı halatları, kancalar, karabinalar, makaralar, halkalar, sapanlar ve benzeri bağlantı tertibatları; gerekli
hallerde iniş ve çıkış ekipmanları, enerji sönümleyici aparatlar, yatay ve dikey yaşam hatlarına bağlantıyı
sağlayan halat tutucular ve benzeri donanımlar verilerek kullanımı sağlanır.
 Yapı işleri sırasında ve yapı işleri bitirilip yapı kullanıma geçtikten sonra yüksekte yapılacak
çalışmalarda kullanılmak üzere oluşturulacak yatay ve dikey yaşam hatları için gerekli olan bağlantı noktaları ve
yapısal düzenlemeler, projenin hazırlık aşamasında belirlenerek sağlık ve güvenlik planı ve sağlık ve güvenlik
dosyasında yer alır.
 Yüksekte güvenli çalışma donanımlarının, düzenli olarak kontrol ve bakımlarının yapılması sağlanır.
Uygun olmayan donanımların kullanılması engellenir.
 Bu alanlarda çalışanlara yüksekte çalışmayla ilgili tehlike ve riskler konusunda bilgilendirme yapılarak
gerekli eğitim verilir.
 Yüksekte yapılan çalışmalar işveren tarafından görevlendirilen ehil bir kişinin gözetim ve kontrolü
altında gerçekleştirilir.
 Kullanılan güvenlik ağları; malzeme özellikleri, yapılan statik ve dinamik dayanım deneyleri ile
bağlantı ve kurulum şartları bakımından TS EN 1263-1 ve TS EN 1263-2 standartlarına ve ilgili diğer ulusal
standartlara, konu ile ilgili ulusal standart bulunmaması halinde ilgili uluslararası standartlara uygun olması
sağlanır ve yapılan işe uygun tipte güvenlik ağı seçilir. Yapı alanında kullanılan güvenlik ağının kullanma
kılavuzu işyerinde bulundurulur. Güvenlik ağları standartlara ve kullanım kılavuzuna uygun şekilde kurulur.
 Betonarme platformların döşeme kenarlarında, asansör, merdiven, baca, şaft, aydınlatma boşlukları gibi
döşemelerde süreksizlik meydana getiren boşluklarda, duvar ve perde duvar gibi yapı elemanları arasında
süreksizlik meydana getiren pencere ve benzeri boşluklarda çalışanların veya malzemelerin düşmesini
engelleyecek toplu koruma tedbirleri alınır, korkuluk sistemlerinin kullanılması halinde korkulukların bu Yapı
İşlerinde İş Sağlığı Güvenliği Yönetmeliğinin Ek-4 (A) Yüksekte Çalışma başlığının 6 ncı maddesinde
tanımlanan özelliklere uygun olması sağlanır.
 Herhangi bir sebeple betonarme platform kenarında güvenli korkuluğun bir kısmının geçici olarak
kaldırılmasının gerektiği durumlarda, bu alanlarda gerekli güvenlik tedbirleri alınır ve çalışanlara uygun kişisel
koruyucu donanımlar verilir.
Korkuluklarda;
 Platformdan en az bir metre yükseklikte ve herhangi bir yönden gelebilecek en az 125 kilogramlık yüke
dayanıklı ana korkuluk,
 Platforma bitişik, en az 15 santimetre yüksekliğinde topuk levhası,
 Topuk levhası ile ana korkuluk arasında açıklıklar 47 santimetreden fazla olmayacak şekilde konulan
ara korkuluk bulunması sağlanır [5].
F. Kaldırma Taşıma Araçları
Her türlü eşya malzemeyi bir yerden alıp bir başka yere taşıma işlemini yapan araçlara kaldırma ve taşıma
araçları denir.
 Her türlü iş ekipmanı için üzerinde kurulu olduğu veya hareket halinde olduğu zeminin sağlamlığı
kontrol edilir. Zeminin sağlamlığından emin olunmadan ve gerekli hallerde dengeleme ve sabitleme yapılmadan
çalışılmaya başlanmaz. Hendek kenarları ve dik eğimli yerlerde zemin kaymasını ve makinenin kaymasını
önleyici tedbirler alınır.
 İş ekipmanlarında, operatörün görüş alanının kısıtlı olduğu durumlarda, operatöre rehberlik edecek,
konuyla ilgili eğitim almış bir işaretçi görevlendirilir.
 Kazı ve malzeme taşıma işlerinde kullanılan makine ve araçların manevra ve park yerleri ile hareket
alanları belirlenir.
32
 Kazı ve malzeme taşıma işlerinde kullanılan makine ve araçların bütün manevraları bir gözetici
tarafından yönetilir ve bu araçların geri manevraları esnasında sesli ve ışıklı uyarıların çalışır durumda olması
sağlanır.
 Kazı ve malzeme taşıma işlerinde kullanılan makine ve araçların kazı çukuruna veya suya düşmemesi
için gerekli koruyucu tedbirler alınır.
 Kazı ve malzeme taşıma işlerinde kullanılan makine ve araçlarda sürücünün bulunduğu kısım, aracın
devrilmesi durumunda sürücünün ezilmemesi ve düşen cisimlerden korunması için uygun şekilde yapılır.
 Tüm araçlar, taşıtlar ve iş makinelerinde operatör kabinlerinde sadece operatörün bulunmasına izin
verilir. Ancak kamyon ve benzeri araçların sürücü mahallinde yardımcı sürücü (muavin) bulunmasına müsaade
edilebilir.
 Kaldırma araçlarında kaldırılacak yükün çeşidi, boyutu, şekli ve diğer fiziksel özelliklerine uygun
kaldırma aparatları kullanılarak uygun çalışma yöntemi tercih edilir.
 Yük kaldırmada kullanılan ekipmanlar ile ilgili İş Ekipmanlarının Kullanımında Sağlık ve Güvenlik
Şartları Yönetmeliğinde belirtilen hükümlere uyulur.
 Kaldırma ekipmanlarında yük kaldırılması ve ekipmanın hareketi esnasında devreye girecek sesli ve
ışıklı ikaz sistemleri bulundurulur.
 Kaldırma ekipmanlarında, belirtilen alt ve üst güvenlik sınır noktaları veya ekipmanın hareketini
sınırlayan alan aşıldığında, kapasitesinin üzerinde kullanım durumlarında devreye girerek elektrik akımını
otomatik olarak kesen ve tamburun hareketini frenleyen güvenlik tertibatları bulunması sağlanır [5].
G. İskeleler ve El Merdivenleri
İskele diğer bir deyişle yapı iskelesi, binaların ve yapıların cephelerine kaba inşaat işleri bittikten sonra
ince işlerde boya ve yalıtım işlerinde kullanılmak üzere kurulur. Ahşap ve çelik malzemelerden imal edilir.
Ön yapımlı bileşenlerden oluşan cephe iskeleleri ve iskele şeklinde kullanılan geçici iş ekipmanlarının,
TS EN 12810-1,TS EN 12810-2,TS EN 12811-1,TS EN 12811-2 ve TS EN 12811-3 standartlarına ve ilgili diğer
ulusal standartlara, konu ile ilgili ulusal standart bulunmaması halinde ilgili uluslararası standartlara uygun
olması sağlanır [6].
Asma iskeleler, cephe platformları, güç kaynağıyla veya elle çalışabilen, sabit veya hareketli, daimi veya
geçici asılı erişim donanımları ve bu donanımı oluşturan parçaların ilgili ulusal standartlara, konu ile ilgili ulusal
standart bulunmaması halinde ilgili uluslararası standartlara uygun olması sağlanır [6].
Seçilen iskelenin kurulum ve kullanım şekline göre sağlamlık ve dayanıklılık hesapları üreticiden temin
edilir, mevcut değilse yapılır veya yaptırılır. Bu hesaplar yapılmadan veya yapılan hesaplar sonucunda iskelenin
güvenli olmadığının tespit edilmesi halinde iskeleler kullanılamaz [6].
Ruhsata tabi yapılarda ve işlerde; bina inşaatlarının dış cephelerinde kullanılacak ahşap ve ön yapımlı
çelik ve alüminyum alaşımlı bileşenlerden oluşan dış cephe iş iskelelerinin; performans ve tasarım gerekleri
hesapları ile yatay ve dikey yaşam hatları için gerekli olan yapısal düzenlemelere ve bağlantı noktalarına dair
detay çizimler, ilgili proje müellifince yapılır. Dış cephe iş iskelesine ait hesap ve detay çizimler yapı sahibi veya
kanuni vekillerince yapı ruhsatiyesi almak için sunulan müracaat dilekçesi ekindeki ruhsat eki statik proje
dâhilinde ilgili idareye teslim edilir [6]. Ahşap ve Ön Yapımlı Çelik ile Alüminyum Alaşımlı Bileşenlerden
Oluşan Dış Cephe İş İskelelerine Dair Tebliğ ile dış cephe iskeleleriyle ilgili olarak ilk kez statik hesaptan
bahsedilmişitir.
Projelendirilen dış cephe iş iskelelerinde; 20/6/2012 tarihli ve 6331 sayılı İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu
ve 5/10/2013 tarihli ve 28786 sayılı Resmî Gazete’de yayımlanan Yapı İşlerinde İş Sağlığı ve Güvenliği
Yönetmeliği ile ilgili diğer yönetmelik ve standartlarda belirtilen asgari koşullar sağlanır [7].
Yüklenici tarafından TSE belgesine sahip konfigürasyonların kullanılacağının talep ve beyan edilmesi
halinde, üretici firma tarafından yapılan hesap ve detay çizimler, proje müellifinin uygun görüşü alınmak koşulu
ile ruhsat eki statik proje dâhilinde kabul edilebilir. Ancak bu durum yüklenicinin ve proje mükellifinin
sorumluluğunu ortadan kaldırmaz [6].
Dış cephe iş iskeleleri İş Sağlığı ve Güvenliği Kanunu, İmar Kanunu ve Yapı Denetimi Hakkında Kanun
uyarınca sorumlu teknik elemanların yönetim, gözetim ve denetimi altında, projesine ve malzeme gereklerine
uygun olarak kurdurulur ve söktürülür. Dış cephe iş iskele yüksekliğinin 13.50 m’yi aştığı hallerde inşa edilecek
iskelenin tamamı çelik ve/veya alüminyum alaşım bileşenlerden oluşur [6].
Yapının bulunduğu parselin yola bakan cepheleriyle sınırlı olmak üzere; bina dış cephe iş iskelesinin yapı
yaklaşma mesafesi içerisinde kurulan kısmının dış yüzeyinin tamamen çuval kumaşı, file, branda, levha veya
aynı işlevi görebilecek benzeri iskele örtüsü ile kaplanması zorunludur [6].
İskelelerin aşağıdaki hususlara uygun olması sağlanır;
33
 Kendiliğinden hareket etmeyecek, stabilitesi bozulmayacak ve çökmeyecek şekilde tasarlanmış, imal
edilmiş ve kurulmuş olması,
 İskele sistemlerinin güvenli bir şekilde desteklenmesi, yatay ve düşey kuvvetlere karşı uygun şekilde
sabitlenmesi,
 Doğru şekilde ve bakımlı bulundurulması,
 Korozyona karşı uygun malzeme kullanılması,
 İskele sisteminde çatlak, kırık, yıpranmış ve korozyona uğramış özellikteki iskele ve bağlantı
elemanlarının kullanılmaması,
 İskelelerde görülen kusurların derhal giderilerek zayıf kısımların güçlendirilmesi.
 İskele platformları hareket etmeyecek şekilde iskele sistemine sabitlenir. Platform elemanları ile iskele
dikey elemanları arasında ve platform döşemesinde çalışanların düşmesine sebep olabilecek boşluk bulunmaması
sağlanır.
 İskelelerdeki korkuluk sistemlerinin bu Yönetmeliğin Ek–4 (A) Yüksekte Çalışma başlığının 6 ncı
maddesinde tanımlanan özelliklere uygun olması sağlanır.
 İskelelerdeki bütün bağlantı yerleri ile bağlantı elemanlarının yeterli sağlamlıkta olması sağlanır ve bu
bağlantıların kendiliğinden ayrılmaması için gerekli tedbirler alınır.
 İskele sistemlerinin kurulması, kullanılması ve sökümünde İş Ekipmanlarının Kullanımında Sağlık ve
Güvenlik Şartları Yönetmeliğinde belirtilen hükümlere uyulur.
 İskeleler aşağıda belirtilen durumlarda işveren tarafından görevlendirilen ehil bir kişi tarafından
kontrole tabi tutularak, iskeleler ile ilgili özel tedbirlerde belirtilen hususları içeren kontrol raporu hazırlanır,
rapor sonucunda sadece güvenli olduğu tespit edilen iskelelerde çalışma yapılır; Kullanılmaya başlamadan önce,
Haftada en az bir kez, Üzerinde değişiklik yapıldığında, Belli bir süre kullanılmadığında, Sismik sarsıntı,
kuvvetli rüzgârlar gibi olumsuz hava şartlarına veya denge ve sağlamlığını etkileyebilecek diğer koşullara maruz
kaldığında.
 İskelelerin taşıyabilecekleri azami ağırlıklar, levhalar üzerine yazılarak iskelelerin uygun ve görülebilir
yerlerine asılır. Belirtilen bu ağırlıkları aşan yükler iskelelere yüklenmez.
 İskelelerin üzerine moloz ve artıklar ile geçişi engelleyecek malzemeler bırakılmaz.
 İskelelerde geçiş amacıyla en az 60 santimetre genişliğinde ve kenarlarında bu Yönetmeliğin Ek–4 (A)
Yüksekte Çalışma başlığının 6 ncı maddesinde tanımlanan özelliklere uygun korkuluk sistemleri bulunan
geçitler kullanılır.
 Vinç veya benzeri makinelerin kullanılması sırasında, yüklenen malzemenin iskeleye takılmaması için
gerekli tedbirler alınır.
 Ön yapımlı bileşenlerden oluşan cephe iskelelerinin kurulumunda, taşıyıcı sisteme ait düşey ve yatay
elemanların eksiksiz olarak kullanılması ve sistemin yeteri kadar çapraz elemanlarla takviye edilmesi sağlanır.
 Ön yapımlı bileşenlerden oluşan cephe iskelelerinde taşıyıcı sisteme ait dairesel kesitli düşey ve yatay
elemanların anma dış çapının en az 48.3 milimetre olması, anma et kalınlıklarının ise malzeme cinsine ve en
küçük akma dayanımına uygun olması sağlanır.
 Cephe iskeleleri binaya mümkün olduğunca yakın kurulur, bunun mümkün olmadığı durumlarda
çalışanların bina ile iskele arasından düşmelerini önleyici tedbirler alınır.
 Cephe iskelelerinin ayaklarında sabit veya düşeyliği ayarlanabilir taban plakaları ve yumuşak
zeminlerde yükü dağıtmak için taban plakaları altlarında uygun malzemeden yapılmış altlıklar kullanılır. Sağlam
olmayan ve uygunsuz malzemeler destek parçaları olarak kullanılmaz, iskelenin sağlam ve dengeli olması
sağlanır.
 İskelelerde çalışılan platformlara güvenli ulaşımın sağlanması için merdiven sistemleri veya benzeri
güvenli ulaşım sistemleri kullanılır.
 Madeni cephe iskeleleri statik elektriğe karşı uygun şekilde topraklanır.
 Seyyar iskeleler, üzerinde çalışan bulunduğu durumlarda hareket ettirilmez. İskelenin dik ve platformun
düz olması sağlanır. İskele ayaklarında iskelenin kendiliğinden hareket etmesini engelleyecek fren kolu gibi
uygun tertibatlar bulunur.
 İskele taşıyıcı sistemi için kullanılacak halatlar, hareketi sağlayan mekanik tesisat ve motor tertibatı,
fren sistemleri, çalışma platformu ve diğer güvenlik teçhizatları her gün işe başlamadan önce kontrol edilir.
 İskelelerin hareketlerini sağlayan makine, teçhizat ve vinçlerin, kullanılmaya başlanmadan önce,
montajını gerçekleştiren yetkili teknik elemanlarca kullanıma elverişli olduklarına dair belgeler hazırlanarak, bu
belgeler işyerinde bulundurulur.
 İskelelerin, çalışma sırasında sağa sola veya ileri geri hareket etmeden asılı kalması sağlanır.
34
 İskelelerin taşıyabileceği azami yük miktarı belirtilerek, bu miktardan fazla yükleme yapılmaz. Asma
iskelelerde merdiven kullanılmaz.
 İskeleler, çalışma konumunda devreye sokulabilecek durdurma fren sistemleriyle donatılır. Ayrıca
iskelelerde düşmeyi önleyici teçhizat ve ikincil fren sistemleri bulunur. Halatlı kaldırma tertibatlarında çalışma
konumunda güç kaynağının kesilmesi durumunda otomatik olarak devreye giren ayrı bir tutma freni bulunur.
İskelelerde düşmeyi önleyici teçhizat, tutma frenleri ve ikincil fren sistemi gibi güvenlik tedbirlerinin çalışma
esnasında sistemi durdurma amaçlı kullanılmaması için gerekli tedbirler alınır.
 Güç tahrikli halatlı asma iskele sistemlerinde, aşırı yük algılama sistemleri, otomatik hız algılayıcı
sistemler, en düşük ve en yüksek çalışma seviyelerinde devreye girecek halat sonu sınır anahtarları, yapıdan
kaynaklanan tehlikeli durum varsa çarpışmayı önleyici düzenekler, iskele platformunun yatay düzlemde
kalmasını sağlayan eğim algılayıcılar gibi güvenlik sistemleri bulunur.
 İskele sistemlerinde çalışan sayısı kadar dikey yaşam hattı oluşturulur. Çalışanlara bağlantı aparatları ve
halat tutucularıyla beraber tam vücut kemer sistemleri verilerek kullanımı sağlanır. Dikey yaşam hatlarının üst
uçları uygun bir yere sağlam ve güvenli bir şekilde sabitlenir.
 Halatlı sistemlerde halatların sarıldığı ve geçtiği mekanik teçhizatlardan kurtulmalarını, hareket
sırasında çekme sisteminde halatların kaymasını önleyen tedbirler alınır.
 İskelelerin, iniş ve çıkış yollarında herhangi bir engel bulunmaması için gerekli tedbirler alınır.
 İskele platformunu taşıyan, tutan sistem ve bu sistemin bağlantı ve sabitleme noktalarının en olumsuz
yükleme koşullarında oluşan statik ve dinamik kuvvetleri karşılayacak nitelikte olması sağlanır.
 Yapılan işe ve bulunması halinde ulusal standartlara uygun, basamakları kaymaz malzemeden yapılmış
veya kaymaz malzeme ile kaplanmış, yeterli sağlamlıkta el merdivenleri kullanılır. Basamakları, kolları veya
bağlantı yerleri kırılmış, çatlamış, yıpranmış, hasar görmüş ekipmanlar kullanılmaz. El merdivenleri düzenli
olarak kontrol edilerek kusurlu merdivenlerin kullanılmaması sağlanır.
 El merdivenlerinin kullanılmasında İş Ekipmanlarının Kullanımında Sağlık ve Güvenlik Şartları
Yönetmeliğinde belirtilen hükümlere uyulur [8].
H. Metal ve Beton Karkas ve Prefabrik Elemanlar, Çelik Yapı İşleri
Prefabrik; parçaları fabrikalarda hazırlanmış ve montaj edileceği yere bu parçalar nakledilerek ve orada
önceden planlandığı gibi parçaların birleştirilmesi yani montajının yapılmasından sonra ortaya çıkan yapılardır.
Metal veya beton karkaslar ve bunların parçalarının, geçici destekler ve payandaların, prefabrik yapı
elemanlarının üzerlerine binen yük ve gerilime dayanacak şekilde planlanması, tasarlanması, kurulması ve
korunması sağlanır.
Çelik yapılarda kullanılacak bütün ana taşıyıcı, tali taşıyıcı ve bağlantı malzemelerinin dayanıklılığının ve
diğer özelliklerinin taşıyacakları yüklere göre standartlara uygun olması, korozyona uğramış ve deforme olmuş
malzemelerin gerekli tedbirler alınmadıkça bu tür yapılarda kullanılmaması sağlanır.
Metal veya beton karkasların ve bunların parçalarının, geçici destekler ve payandaların, prefabrik yapı
elemanlarının ve çelik yapı elemanlarının kaldırılması, yüklenmesi, taşınması, montajı ve sökümü, projesine
uygun olarak işveren tarafından görevlendirilen ehil kişi gözetiminde ve konu ile ilgili tecrübe sahibi çalışanlarca
gerçekleştirilir. Montaj yapılacak mahallin etrafı emniyet şeridiyle işaretlenir. Bu alanın etrafına montaj
yapıldığını gösterir levhalar asılır ve görevliler haricinde montaj sahasına giriş çıkışlar engellenir. Montaj
çalışması yapılan mahallin altında çalışan bulundurulmaz. Çalışanları, yapının geçici dayanıksızlık veya
kırılganlığından kaynaklanan risklerden korumak için yeterli tedbirler alınır [5].
I. Çatı İşleri
Yapıları dış atmosferden gelen yağmur, rüzgar, kar ve dolu gibi etkenlerden koruyan elemanlara çatı
denilmektedir. Genellikle ahşap, çelik ve betonarmeden yapılan çatılar konut, işyeri, atelye, fabrika, hastane,
okul ve buna benzer pek çok yapıda kullanılmaktadır.
Çatılarda veya eğik yüzeylerde yapılan çalışmalarda; çalışanların, aletlerin, diğer nesne ve malzemelerin
düşmesini veya benzeri diğer riskleri önlemek amacıyla güvenli kenar koruma sistemleri, çatı merdivenleri,
güvenlik ağları, çalışma platformları, korkuluklu iskeleler, kayarak düşmeyi önleme sistemleri veya dikey ve
yatay yaşam hatları gibi toplu koruyucu tedbirler alınır.
Çalışanların çatı üzerinde veya kenarında veya kırılgan malzemeden yapılmış herhangi bir yüzey üzerinde
çalışmak zorunda olduğu hallerde; sağlam olmayan ve kırılgan maddeden yapılmış yüzeylerde dalgınlıkla
yürümelerini veya düşmelerini önleyecek gerekli tüm tedbirler alınır [5].
35
III. SONUÇLAR
Yayınlanan kanun ve yönetmeliklerle inşaat işleri ele alınmıştır. Fakat inşaat işlerinin çok tehlikeli sınıfta
ve iş kazalarında ilk üç sırada yer almasından dolayı daha detaylı bir mevzuat yayınlanmalıdır. Bu konuda
bakanlığında çeşitli çalışmaları bulunmaktadır. Bu çalışmalara en güzel örnek güvenli iskele projesidir. Pilot
illerde başlangıç olarak başlatılan bu çalışma ile amaç inşaat sektöründe en fazla ölümlü kazanın olduğu
yüksekte çalışma işlerinde kazaları minimuma indirmektir. Bu tür çalışmalar arttırılmalı hem işverenin hem de
çalışanların daha kaliteli bir çalışma ortamı oluşturulmalıdır. Yönetmeliklerin uygulanabilirliğini arttırmak adına
iş sağlığı ve güvenliği eğitimine küçük yaşlarda başlanarak bir kültür haline getirilmelidir.
KAYNAKLAR
[1] İş
Sağlığı
ve
Güvenliğine
İlişkin
Tehlike
Sınıfları
http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2009/11/20091125-10.htm, 2009.
Listesi
Tebliği,
[2] Hafriyat Toprağı, İnşaat ve Yıkıntı Atıklarının Kontrolü Yönetmeliği, 406 Sayılı Resmi Gazete,
http://www.csb.gov.tr/db/cygm/editordosya/YON-25406HafriyatTopragi.docx,18 Mart 2004 .
[3] Gürültü
Kontrol
Yönetmeliği,
19038
sayılı
http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2010/06/20100604-5.htm, 11 Aralık 1986.
Resmi
Gazete,
[4] Çevresel Gürültünün Değerlendirilmesi ve Yönetimi Yönetmeliği, 27601 Sayılı Resmi Gazete,
http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2010/06/20100604-5.htm
,
04
Haziran
2010.
[5] Yapı İşlerinde İş Sağlığı ve Güvenliği Yönetmeliği, 28786
http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2013/10/20131005-2.htm, 5 Ekim 2013.
Sayılı
Resmi
Gazete,
[6] Ahşap ve Ön Yapımlı Çelik ile Alüminyum Alaşımlı Bileşenlerden Oluşan Dış Cephe İş İskelelerine Dair
Tebliğ, 29124 Sayılı Resmi Gazete, http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2014/09/20140919-8.htm , 19
Eylül 2014.
[7] İş
Sağlığı
ve
Güvenliği
Kanunu,
28339
Sayılı
http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2012/06/20120630-1.htm, 26 Haziran 2012.
Resmi
Gazete,
[8] İş Ekipmanlarının Kullanımında Sağlık ve Güvenlik Şartları Yönetmeliği, 28628 Sayılı Resmi Gazete,
http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2013/04/20130425-7.htm, 25 Nisan 2013,
36

BILECIK SEYH EDEBALI UNIVERSITY JOURNAL OF SCIENCE

Transkript

Benzer belgeler

KALİTE VE İNNOVASYON MERMER SEKTÖRÜNÜ GELİŞTİRİR

harmankaya kanyonu kamplı macera turu

Index Bilgisayar`a HP`den “En Başarılı Lojistik Servis Sağlayan

PDF İndir - Selcuk University Journal of Engineering, Science and