NANO MALZEMELER NANOTEKNOLOJİ NEDİR? Midget-çok küçük anlamına gelen Yunanca bir kelimeden türeyen nano bir ölçü birimi ön ekidir ve milyarıncı parçayı gösterir. Ancak genel olarak söylenecek olursa, nanoteknoloji maddeyi dolaylı olarak atom boyutuna yani nano-boyutuna indirgeme işidir 1
NANO TEKNOLOJİ HANGİ ALANLARI ETKİLEYECEK NANOTEKNOLOJİNİN BAŞLANGICI 1974 yılında Tokyo Üniversitesinde Norio Taniguchi tarafından ortaya atılan nanoteknoloji mevcut teknolojilerin daha ileri düzeyde duyarlılık ve küçültülmesine dayalı olarak hızla ortaya çıkan teknolojilerdir. Gelecekte bu teknoloji muhtemelen Moleküler Nanoteknolojisi (MNT) adıyla nano büyüklüğündeki boyutlarıyla yapı makineleri ve mekanizmalarını da içerecektir 2
NANOTEKNOLOJİ VE DOĞA 3
4
NANOTEKNOLOJİDE BÜYÜKLÜK Nanoteknoloji ölçü olarak nanometre adı verilen (kısa şekli nm) bir ölçme birimini kullanılır. Her bir ölçüde 1 milyar nm vardır. Her bir nm sadece üç ile 5 atom genişliğindedir. Bunlar küçüktür. Ortalama insan saç kalınlığının ~40,000 kez daha küçüktür 5
Nano-çip Nanoteknoloji ile üretilen Millipede'in prototipi, üzerinde 1000 tane ısıtılmış uç bulunan çipten oluşmaktadır. Bu uçlar ısıyla, polimer film üzerine delikler oluşturarak bilgi depolayabilmektedir 6
NANOTEKNOLOJİNİN BİLİMSEL ETKİLERİ BİLİMDE TÜRKİYENİN DURUMU 7
BİLİMDE TÜRKİYENİN DURUMU 8
Nanoteknolojinin Başlıca Uygulama Alanları NT ELEKTRONİK K ENDÜSTR STRİSİNDE 9
Yataklama sistemi Name: Small Bearing Designer: K. Eric Drexler Date: 1994 Number of components: 2 Number of atoms: 206 Diameter: 1.8 nm Width: 0.9 nm NT KOZMETİK ENDÜSTRİSİNDE 10
NT TEKSTİL ENDÜSTRİSİNDE KUMAŞLARIN ISIYI ALGILAMASI 11
Işık Yayan Kumaşlar ZARARLI UV IŞINLARI YANSITAN ŞAPKA 12
Nano-Sağlık Son yılların en önemli tıbbi problemlerinden birisi de vücuttaki kanserli hücrelerin, sağlıklı dokulara zarar vermeden, yok edilmesinin sağlanmasıdır. Ayrıca anti tümör terapiler için bağışıklık sisteminin harekete geçirilip kanserli hücreleri yok etmesini sağlamak da çok önemlidir. Kemoterapi, kanserli hücreleri yok ederken aynı zamanda sağlıklı dokulara da zarar vermektedir. Bundan dolayı birçok hastanın tedavi boyunca uygulanan yöntemlerin yan etkilerinden dolayı rahatsızlıkları büyük bir sorun oluşturmaktadır. NANOKESECİKLERLE KANSER TERAPİSİ 13
Nano-Savunma Nanoteknolojinin kısa vadede en önemli askeri uygulamalardan birisi asker kayıplarının azaltılması için akıllı üniformaların tasarlanıp üretilmesidir. Günümüzde,bir askerin, ihtiyacı olacak bütün donanımı yanına alması durumda yükü 50 kilograma yaklaşılmaktadır. Bu yük askerin hareket kabiliyetini ciddi bir şekilde azaltmaktadır. Son zamanlarda yapılan çalışmalarla akıllı elbise üretilmesinde ümit verici sonuçlar elde edilmiştir. Amerika Birleflik Devletleri nin Boston şehrinde 2000 yılında hayata geçirilen MIT Askeri Nanoteknoloji Enstitüsü, 15 yıl içerisinde askeri üniformaları nanoteknoloji sayesinde akıllı hale getirmeyi planlamaktadır. Esnek ve yıkanabilen nanosensörlerin-ve aygıtların kumaşın içerisine entegre edilmesiyle, üniformalar yeni boyutlar kazanacaktır; üniforma artık görecek, duyacak, hissedecek, komut verecek, ve enerji üretecek hale gelecektir. Burada vurgulanması gereken önemli bir nokta şudur ki; nanoaygıtların boyutları o kadar küçük olacak ki, elbiseyi giyene herhangi bir zorluk getirmeyecektir. Nano-Savunma Kimyasal ve biyolojik ajanları tespit edebilecek bu akıllı üniforma, aynı zamanda kalbi duran askere kalp masaj yaparak onu hayata geri döndürebilecektir. Savaş meydanında yaralanan askere ait bütün bilgileri kablosuz hatla merkeze bildirebilecek, gerektiğinde kısa süre içerisinde gerekli müdahalenin yapılmasına olanak sağlayacaktır. Üniforma gerektiğinde çok sert bir zırha dönüşebileceği gibi, askerin ihtiyacı olacak enerjiyi güneşten sağlayacaktır. Bazılarını hayal bile edemediğimiz bu araştırmalar, nanoteknoloji sayesinde gerçek olmuş ve savaş meydanlarında askerin hayatını kolaylaştırmaya başlamıştır. Başka önemli bir konu nanoteknoloji tabanlı sensörlerdir. Bir şarbon mikrobu askerin vücuduna girdiğinde kısa süre içerisinde tedavi edilmezse ölüme neden olabilir. Fakat ortamda çok az sayıda bulunan şarbon mikrobunun tespit edilmesi son derece zordur. İşte bu aşamada nanosensörler devreye girmekte, diğer sensörlere göre sahip olduğu ultra duyarlılık sayesinde tek molekülü bile algılayabilmektedir 14
Nano-Savunma Nano-Enerji Günümüzün en önemli küresel sorunlar ndan birisi hiç kuşkusuz hızla artan enerji-yakıt tüketimidir. Kısa sürede çözüm bulunamazsa, 50 yıl içerisinde yeryüzündeki doğal kaynakların tükenmesi beklenmektedir. Ayrıca bu yakıtların çevreye verdiği zarar bazı bölgelerde ciddi sorunlar oluşturmaya başlamıştır. G8 ülkeleri başkanları toplantısında hidrojen enerjisi hep gündem maddesi olmuştur. Bu nedenle gelişmiş ülkelerde yeni enerji kaynakları üzerine yapılan araştırmalara ciddi destekler verilmektedir. Bu çalışmalar içerisinde en önemlisi hidrojen enerjisidir; hidrojenin yüksek yoğunlukta ve güvenli bir şekilde depolanmasıdır. ABD Enerji Bakanlığı depolama oranının yüzde 6 yı geçmesi durumunda hidrojen enerjisi ile çalışan otomobillerin kullanılmasının verimli olacağını belirtmiştir. Fakat, hidrojenin yükse yoğunlukta depolanabilmesi birçok açıdan zordur. 15
Nano-Enerji UNAM direktörü Prof. Dr. Salim Çıracıve araştırma grubunun ABD'de Dr. Taner Yıldırım (NIST) ile birlikte yaptıkları çalışmalarda geçşl elementleri (Pt, Pd,Ti, V,...) ile işlevleştirilen nanotüpler ve moleküllere çok yüksek kapasitede hidrojen depolanabileceğini göstermeleri geleceğin yeni enerji kaynakları ve katalizörleri için büyük ümit vermiştir. Yüksek performanslı bilgisayarlar kullanılarak modellenen bu yeni hidrojen depolama yönteminde, titanyum atomlar karbon nanotübün yüzeyine bağlanabilmektedir. Çıracı ve meslektaşlarının geçen yıl yaptıkları bir çalışmayla rekor sayılan yüzde 8 depolama oranına ulaşılmıştır. Dünyaca ünlü bir fizik dergisinin 1 Aralık 2006 sayısında çıkan makalelerinde, Çıracı ve ekibi kendilerine ait olan hidrojen depolama rekorunu % 14 e çıkarmayı başardıklarını anlatmışlardır. Bu buluşun, geleceğin otomobillerinde kullanılacak verimli yakıt hücreleri ve katalizörlerinin tasarımında kullanılması düşünülmektedir. Nano-Enerji 16
AKILLI NANOMALZEMELER Nano-Ekonomi Nanoteknolojiyi kritik alan olarak görüp bugün yatırım yapan ülkeler, kısa süre içerisinde meyvelerini toplamaya başlayacaklardır. Bu ülkelerden biri olan İrail, bu teknolojinin önemini yıllar öncesinden kavramış gerekli altyapılarını ve insan gücünü hazırlamıştır. Bu yatırımlar neticesinde 45 nanoteknoloji şirketi kurulmuş ve katma değeri yüksek ürünlerle nanoteknoloji pazarında yerlerini almışlardır. Ülkemizde, yıllık ortalama 3.5 milyar ABD dolarını bulan kaçak akaryakıt sorununu çözmek için açılan ihaleyi İsrail li bir firma kazanmıştır. Çok ucuza üretilebilen moleküler akaryakıt marker dan şirketin yıllık kazancı 25 milyon YTL yi bulacak. Üretim maliyeti 10 YTL yi geçmeyen kal damarlarına takılan bir stent için 10.000 YTL ödeyen bir çiftçimiz, 7 ton kiraz ihraç ederek bu parayı denklefltirebilecektir. Devamlı kullanmak zorunda olduğumuz bir kutu kanser ilacını almak için her seferinde 5 buzdolabı satmak zorunda kalacağız. 17
Nanomalzemeler kullanılarak daha önce hayal bile edemediğimiz çok çeşitli fonksiyonlara sahip kumafllar elde edilmektedir. Üzerine bir bardak meyve suyu dökülen pantolonumuzun sahip olduğu itme özelliği kirlenmesine mani olmaktadır. Yakın bir gelecekte, giydiğimiz tiflört, üzerindeki nanosensörler sayesind kalp atışlarımız, vücut ısımızı ve kan şekerimizi düzenli kontrol ederek, istenmeyen bir durum olduğunda bizleri veya kablosuz bir hatla doktorumuzu haberdar edebilecektir. MP3 çalarımız, elbisemizin güneşten elde ettiği enerji ile çalışsa veya cep telefonlarımız elbisemiz şarj etseydi ne güzel olurdu değil mi? Son yıllarda her alanı etkilemeye başlayan nanoteknolojiden tekstil endüstrisi de nasibin alacaktır. Katma-değeri yüksek nanoteknoloji tabanlı akıllı tekstil ürünleri, en önemli ihracat kaynağımız olan tekstil endüstrisine soluk aldırabilir. Kaynak: NANOTEKNOLOJİ VE NANOMALZEMELER Prof.Dr.Bülent (Namık Kemal Üniversitesi) Prof.Dr.Ayşegül AKDOĞAN (Yıldız Teknik Üniversitesi) 2007 Nanoteknoloji Hayatımızda Yrd.Doç.Dr. Mehmet BAYINDIR Bilkent Üniversitesi Fizik Bölümü Ulusal Nanoteknoloji Araflt rma Merkezi www.nano.org.tr 18