Nano Nedir? NANOMALZEMELER VE UYGULAMALARI Nano kelimesi Yunanca nannos kelimesinden gelir ve küçük yaşlı adam veya cüce demektir. Günümüzde nano, teknik bir ölçü birimi olarak kullanılır. Bir nanometre, metrenin milyarda birine denk gelir. 2 1 Nanometre= 10-9 metre Metre(m) Milimetre(mm) = 10-3 m Mikrometre(µm) = 10-6 m Nanometre (nm) = 10-9 m Pikometre (pm) = 10-12 m Femtometre(fm) = 10-15 m Bir insanın saç telinin kalınlığının yaklaşık 1/80.000 i kadardır. Nano-BİLİM temel çalışma ilkesi, en küçük boyutları aşağı-yukarı 1 ile 100 nm arasında olan moleküller ve atomlardır. Nano-TEKNOLOJİ molekül ve nano yapıların, nano boyuttaki cihazlara uygulanması. 3 4 5 6 1
7 8 The Scale of Things -- Nanometers and More Things Natural 10-2 m 1 cm 10 mm Things Manmade Ant ~ 5 mm 10-3 m 1,000,000 nanometers = 1 millimeter (mm) Head of a pin 1-2 mm Dust mite MicroElectroMechanical Devices 10-100 µm wide 200 µm 10-4 m 0.1 mm 100 µm Human hair ~ 10-50 µm wide Fly ash ~ 10-20 µm The Microworld 10-5 m 0.01 mm 10 µm Red blood cells with white cell ~ 2-5 µm 10-6 m 1,000 nanometers = 1 micrometer (µm) Red blood cells Pollen grain Visible spectrum ~10 nm diameter The Nanoworld 10-7 m 10-8 m 0.1 µm 100 nm 0.01 µm 10 nm Nanotube electrode Nanotube transistor ATP synthase 10-9 m 1 nanometer (nm) 9 DNA ~2-1/2 nm diameter Atoms of silicon spacing ~tenths of nm 10-10 m 0.1 nm Quantum corral of 48 iron atoms on copper surface positioned one at a time with an STM tip Corral diameter 14 nm Carbon nanotube 10 ~2 nm diameter Size Comparisons The diameter of your hair is approximately 50,000-100,000 nanometers Your finger nail grows 1 nanometer in 1 second A line of ten hydrogen atoms lined up side by side is 1 nanometer long 11 12 2
Deride makrodan nanoya geçiş 13 14 15 16 Nanoteknolojinin alanını tam olarak tanımlamak mümkün değildir. En büyük problemlerden biri nano bilimcilerin bilimi kavrayamayan kimselerle iletişim zorluğudur. Elektron mikroskobu, taramalı prob mikroskoplar, ince filmler ve hatta insanın anatomik yapısı bir nano alandır. Ancak bazıları nanoteknolojiye ileride ulaşılacak fantastik buluşlar açısından bakmaktadır: İnsan damarlarında minik deniz altılar, birkaç atomdan oluşan çok küçük dişli ve çarklar, nanotüplerden yapılan uzay asansörleri ve uzayda koloniler oluşturma gibi. 17 18 3
Nanoteknolojinin Amaçları Nanometre ölçekli yapıların analizi, Nanometre boyutunda yapıların fiziksel özelliklerinin anlaşılması, Alışılandan farklı ve üstün malzeme özellikleri/üretim süreçlerinin elde edilmesi, Daha dayanıklı, daha hafif, daha hızlı yapılar, Daha az malzeme ve enerji kullanımı, Toplumsal ve etik açıdan bakış. 19 20 21 22 NANOTEKNOLOJİ Malzeme boyutlarının kabaca 1-100 nanometre arasında kontrol edilmesinin sağlandığı yeni, üstün ve eşsiz uygulamaları anlama alanıdır. Nano bilim çerçevesinde nanoteknoloji, mühendislik ve teknolojinin görüntüleme, ölçme, modelleme ve malzeme manüplasyonunu alanlarında nano skalada ilgilenen teknolojidir. Atomik ve moleküler boyutlardaki yapıların ticari bir amaca hizmet edebilecek şekilde düzenlenmesidir. Nanoteknoloji Nedir? Nanometre ölçeğindeki malzemelerin tasarımı, üretimi, montajı, karakterizasyonu ve bu malzemelerden elde edilmiş minyatür fonksiyonel sistemlerin uygulamalarını inceleyen ve hızla gelişen disiplinler arası araştırma-geliştirme faaliyetlerinin tümünü temsil etmektedir. 23 24 4
25 26 Nanoteknolojinin önemi, atomlar ve moleküler seviyesinde çalışarak gelismiş ve/veya tamamen yeni fiziksel kimyasal, biyolojik özelliklere sahip yapılar elde edilmesine imkan sağlamasından kaynaklanmaktadır. Teknik açıdan açıklamak gerekirse malzeme özellikleri ve cihazların çalışma prensipleri genel olarak 100 nm den büyük boyutları temel alarak yapılan varsayımların sonucunda ortaya çıkarılmış geleneksel modelleme ve teorilere dayanmaktadır. Kritik uzunluklar 100 nm nin altına indiğinde ise geleneksel teori ve modeller ortaya çıkan özellikleri açıklamakta çoğu zaman yetersiz kalmaktadır. 27 28 Nanoteknoloji burada devreye girmektedir. Daha sağlam, daha kaliteli, daha uzun ömürlü ve daha ucuz, daha hafif geliştirme isteği birçok iş kolunda gözlenen eğilimlerdir. 29 Minyatürizasyon olarak tanımlanabilecek bu eğilim birçok mühendislik çalışmasının temelini oluşturmaktadır. Minyatürizasyonun üretimde daha az malzeme daha az enerji daha ucuz ve kolay nakliye daha çok fonksiyon ve kullanımda kolaylık olarak uygulamada kendini göstermektedir. 30 5
Nano teknoloji, her türlü nesnenin yapıtası olan atomları, istenilen şekilde düzenleme şansına sahip olmayı ve her alanda, daha dayanıklı, daha hafif ve doğaya daha az zarar vererek üretim yapılmasını sağlayacak bir teknolojidir. Nanoteknoloji; fizik, kimya, biyoloji ve mühendislik gibi disiplinler arası bir konuma sahip olmasının yanı sıra, endüstri, uzay, ilaç, elektronik, tarım ve sağlık gibi bütün alanlara potansiyel etkileri bulunmaktadır. Bu nedenle birçok gelişmiş ülke tarafından, en kritik araştırma alanı olarak desteklenmektedir. 31 32 Nanoteknolojinin doğuşu İlk olarak Nanoteknoloji kelimesini Japonya Tokyo Bilim Üniversitesinden Profesör Taniguchi söylemiş (1974) ve parçaların nano metre skalasında bir araya getirilmesinin mümkün olacağını belirtmiştir. Maddenin atomik katmanda işlenebilmesi olasılığını ilk kez 1959 da Richard Feynman söylemiştir. 33 34 1986 Yılında Eric Drexler, hücre tamir makinesinden bahsetmiştir. Moleküller ve yapılar arası çalışarak, tamir makinalarının tüm hücreleri onaracağını ifade etmiştir. Hücreler arası çalışma ve organlar arası çalışma ile böylece tüm organların tamiri mümkün olabilecektir. 35 36 6
Nano Geçmişi Nanomalzemeler yeni değildir. Çözünebilir altının MÖ 4. ve 5. yüzyıllarda Çin ve Mısır da kullanıldığı muhtemeldir. Lycurgus kupası MS. 4. yüzyılda üretilmiştir. 37 38 39 40 1966 yılında 20th Century Fox şirketi Fantastic Voyage adlı bir film yapmıştır. (Oyn. Raquel Welch) KONUSU Diplomat, beyin damarlarındaki kan pıhtılaşmasından dolayı ölümle burun buruna gelmiştir. Bilim adamları 10 m uzunluğundaki bir denizatlıyı küçültmüş (bir toplu iğne başı büyüklüğünde) ve şırınga ile damara vermişlerdir. Damarları gezen deniz altı ilaç vererek kan pıhtılaşmasının önüne geçmeye çalışmaktadır. Birçok çocuk filminde değişik nano boyut örnekleri mevcuttur. Hayal ve bilim kurgu ile geleceğin teknolojisinin temelleri atılmaktadır. 41 42 7
«Today s science fiction is often tomorrow s science fact» (Bu günün bilim kurgusu yarının bilimsel gerçeğidir.) Stephen Hawking İngiliz fizikçi, evrenbilimci, astronom, teorisyen ve yazar. 43 Çağımızda DNA ve virüsler ile birçok olumlu ve olumsuz faaliyet vardır. İnsan DNA kodları ve virüslerin e-mail ile transferi hayal edilmektedir. İnsanlık Fantastic Voyage filminde verilen Dünya anlayışına yaklaşmaktadır. Çok küçük makinaların dünyası gerçek olmaktadır: Çok küçük makinalar ile kanser tedavisi, kötü bakterilerin vücutta yok edilmesi, kolestrolün çözülmesi 44 Nanoteknolojinin Modern Yaşamdaki Önemi Yeri ve Yapı malzemelerinin, tekstil ürünlerinin, çok fonksiyonlu elektronik ürünlerin, güvenli ve verimli ulaşım araçlarının dayanıklılığını ve daha ekonomik üretilmelerini, günlük yaşamımızda kullandığımız her türlü tüketim malzemelerin geliştirilmesi ve verimliliklerinin artırılması, israfın önlenmesi gibi yaşamımızın her anını etkileyecektir. Nano-teknolojinin Kullanım Ve Uygulama Alanları 1-Endüstriyel Alan: Otomotiv parçaları (mikro sensör, makine ve pompa kullanan otomobiller), nano boyutlu kaplamalar, chip ve cd üretimi. 2-Tıp ve Sağlık Alanı: Mikro-nano cerrahi ( özellikle göz ve beyin cerrahisi), Hücre, doku ve moleküllerdeki hasarların belirlenmesi, Ultraviyole korumalı kozmetik ürünler yapılıyor. 3-Bilimsel Araştırmalar: Yüzey karekterizasyonu ve modifikasyonu, Mikroorganizmaların taşınması, DNA-Modifikasyonu. 45 46 4-Malzeme Bilimi; Çok daha güçlü, hafif, kimyasal işlemlere ve sıcaklığa dayanıklı malzemelerin üretiminde kullanılıyor. Örneğin karbon nanotüplerden üretilmiş kumaşlar geliştirilmiştir. Bunlar kurşun geçirmediği için askeriyede kullanılıyor. Bu yolla üretilen ve nanotext denilen kumaşlar da leke ve bakteri tutmuyor ve çok sağlam oluyor. Radyasyon veya ışığa karşı kontrol edilebilir tepkiler veren malzemeler de geliştirildi. Nanoteknolojik ışıklandırma sistemleri ile dünya enerji ihtiyacının yüzde 10 oranında azalması bekleniyor. 5-Enerji; Nanoteknolojiyle üretilen yakıt hücreleri, gelişmiş piller, güneş hücreleri 47 48 8
49 50 DÜNYADA NANOTEKNOLOJİ YATIRIMLARI 51 52 Dünya da Nano Teknolojiye Yatırım (Hükümetler) 1997-2004 ABD nde Cornell, Harward, Pennsylvania, Stanford, California, North Carolina, Michigan, Minnesota, New Mexico, Texas, Washington ve Northwestern Üniversitelerinde bulunan nanoteknoloji merkezlerinde çalısmalar devam etmektedir. ABD nanoteknolojiden 2015 yılında yaklasık 3 trilyon dolar gelir elde etmeyi hedeflemektedir. 53 54 9
NANOTEKNOLOJİDE ÖNCÜ ŞİRKETLER IBM; Nanoteknolojinin gelişmesinde en büyük katkıyı sağlayan STM (Scanning Tunneling Microscope) ve AFM yi(atomic Force Microscope) keşfetti. Nanoteknoloji AR-GE sine her yıl 5 milyar doların üstünde yatırım yapıyor. Şu anda karbon nanotüp transistörler, LCD ekranların yerine geçecek atomik ışınlı bilgisayar ekranları, manyetik kayıt sistemleri, nano yapılı saklama cihazlarıyla ilgili çalışmalar yapıyor. General Motors; Nanoteknoloji ile üretilmiş kompozit malzemeler içeren kamyonetleri pazara sundu. Bu nano kompozitler çok daha hafif ancak bir o kadar dayanıklı. GM, şu anda yakıt hücreleri, algılayıcılar ve seramik motorlar üzerine çalışmalar yapıyor. 55 56 Nanophase Technologies Corporation; Piyasaya sürdüğü nanogüneş kremiyle ismini duyurdu. Toz halde seramik ve metalik malzemeleri içeren Nanocrystalline malzemeler üretiyor. Nano-Tex; Dayanıklı, leke ve koku tutmayan kumaşlar üretiyor. 57 58 59 60 10
61 62 Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) 21. yy ın askerleri için nanoteknolojiyi kullanarak süper üniformalar gelistirmeye çalısmaktadır. Bu üniformalar, kamuflajı desteklemek üzere renk değistirme, faz değistiren malzemeler ile kırık durumunda destek vazifesi görecek biçimde sıkılaşma hatta yapay kas gelistirme ve enerji depolayabilme gibi spesifik özelliklere sahip kumaşlardan(morph fabrics) oluşacaktır. 63 64 65 66 11
TİCARETE DÖNÜŞTÜREN TÜRK ŞİRKETLERİ Normtest; ağırlıklı olarak fizik, elektrikelektronik, metalurji ve malzeme mühendisliği, kimya, biyoloji ve biyoteknoloji alanlarındaki nanoteknoloji ürünlerini Türkiye pazarına sunuyor. Bunlar ince filmler, malzemelerin optik özelliklerini ölçen spektrometreler. 67 68 Türkiye de Nanoteknoloji Şirketlere Örnekler Yaşar Holding (DYO): Solmaya, kirlenmeye dirençli, kendini temizleyen nanoteknolojiye sahip akıllı boya üretti. Arçelik: Eylül 2003 te koku filtreli hijyen uygulaması ile nanoteknoloji ürünü buzdolabını üretti ve Temmuz 2004 te yine nanoteknoloji ürünü olan tam koruma üçgenli multihijyen buzdolabını pazara sundu. Yeşim Tekstil: Kolay ütülenen, çabuk kuruyan ve leke tutmayan akıllı kumaşlar üretti. Zorlu Enerji: Evlerde elektriği kendinizin üretebilmesine imkan sağlayan bir aletin prototipini geliştirdi. 69 70 TÜRKİYE DE NANOTEKNOLOJİ Sakarya Üniversitesi 71 Türkiye de nanoteknoloji araştırmalarının çoğu kuramsal ve bireysel düzeydedir. Avrupa Birliğinin 6. Çerçeve Programı sayesinde nanoteknoloji araştırmaları yeniden yapılanma ve ivme kazanmış bulunmaktadır. TÜBİTAK tarafından hazırlanan Vizyon2023 Programı na öncelikli alanlardan biri olarak alınmış bulunmaktadır. Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Projesi nanoteknolojiyi geliştirmek ve uzman yetiştirmek amacıyla hazırlanmıştır. 72 12
DOĞADA NANO YAPıLAR VE HAREKETLER 74 73 Doğa kendisi nano yapıları üretmektedir. Doğanın kopyalanmasına çalışılmaktadır. Proteinler tarafından yapılan minik porlar mevcuttur (10-20 nm lik porlar). Bu porlar bir transistor gibi iyon akımını kontrol eder. 75 Fotonik yapılar, ilk Avustralya da keşfedilmiştir. 76 Bilim adamları, Avustralya Müzesi nde yer alan bazı kelebeklerin zaman içinde renklerinin solduğunu bazılarınınsa aradan geçen süreye rağmen hala canlı renklerini koruduğunu gözlemlemişlerdir. Bunun üzerine yapılan araştırmalarda ise kelebeklerdeki renklerin kaynağının yalnızca pigment olmadığı fotonik yapılar nedeniyle renklerin canlılığını koruduğu tespit edilmiştir. 77 78 13
Bu kelebeklerden biri de Morpho rhetenor türü kelebeklerdir. Çok uzak mesafeden dahi seçilebilen göz alıcı mavi renkleri, bilim adamlarını bu canlılar üzerinde incelemeler yapmaya yöneltmiştir. Bilim adamları bu kelebeği detaylı olarak incelediklerinde mikro kristallerle karşılaşmışlardır. 79 Bu kelebeklerin kanatlarındaki çok katmanlı tabakalar ve boşluklar, çok hassas bir düzenle dizilerek fotonik kristal bir yapı oluşturmuştur. Bu fotonik kristal yapıysa, ışığın diğer bütün dalga boylarını geçirip maviyi yansıtarak kelebeklerin kanatlarının parlak mavi renkte görünmesine neden olmaktadır. 80 Mavi kelebek kanadından esinlenerek üretilen nano kristal fotonik yapı 81 82 Kelebek kanadı doğal fotonik olduğu için fotovoltaik güneş pillerinin gelişimine ilham vermektedir. 83 84 14
Boya ve kozmetik uygulamaları, düz ekran göstergeler, lazerler, Internet ve bilgisayar hızlarının arttırılması KERTENKELE AYAĞI 85 86 Kertenkele ayağı, hayvanın duvarlara ve tavanlara yapışmasını sağlayan nano ölçüde tepe ve vadilere sahip bulunuyor. 87 Kertenkele ayak parmağındaki tüylerin büyütülmüş nano fiber yapısı Mühendisler kertenkele ayağını taklit ediyor. Mikro tüyler üzerinde nano tüyler üretilmekte (100-200 nm) Polimer nano tüyler örneğin bir cam yüzeyine oldukça kuvvetli bağlanmaktadır. Kertenkelelerin duvarlara ve tavanlara tırmanırken yer çekimine karşı duran milyonlarca minik tüycükten oluşan ayakları, bu canlının tavanlara yapışmasına imkan sağlar. LATIN ÇIÇEĞI YAPRAĞı Yüzey yapısından dolayı yaprak suyu itmektedir. Bilim adamları kertenkelenin bu özelliklerini taklit ederek çeşitli alanlarda kullanılabilecek yapışkanlı bantlar üretmişlerdir. 89 Süperhidrofobik yüzeyler 90 15
Asyadaki çeşitli dinlerde Lotus bitkisi saflığın sembolü olarak kabul edilmektedir. Bunun nedeni, lotus bitkilerinde bulunan kendi kendini temizleyebilme özelliği olarak ifade edilebilir (Lotus etkisi). 91 Yüzeyinde bulunan mikron ve nano seviyesindeki çukur ve tepecikli yapılar sayesinde bitkinin yaprakları kesinlikle ıslanmamakta ve su damlacıkları yaprağın toprağa doğru eğimli şekli sayesinde toprağa doğru kayarken üzerindeki çamuru, küçük böcekleri ve diğer kirlilikleri de beraberinde taşımaktadır. 92 Bu sayede Lotus bitkisi çamurlu nehirlerde ve göllerde yetişmesine rağmen yaprakları oldukça temizdir. 93 Nanobilimiyle uğraşan bilim adamları da, lotus yaprağının bu özelliğini taklit ederek boyaların, kumaşların ve diğer pekçok yüzeyin hem kuru kalmasını hem de kendi kendini temizleyebilme özelliğini kazanabilmesi için yeni yöntemler geliştirmektedirler. 94 KÖPEKBALıĞı DERISI Köpekbalığı neden hızlı yüzer? Köpek balıkları üzerinde taramalı elektron mikroskobuyla yapılan incelemelerde, balığın derisinin şeritler içerdiği görülmüştür. Şeritler, dikey su girdapları veya su spiralleri oluşturarak suyu balığın vücuduna daha çok yapıştırır ve suyun yüzmeye karşı direncini azaltır. 95 Şeritlerin bu etkisi "Ribblet etkisi" olarak bilinir ve bu konu ile ilgili NASA'nın Langley Araştırma Merkezi'nde Ribblet deri araştırmaları yapılmaktadır. 96 16
Son on yıldır da bu etki mayolar üzerinde uygulanmaktadır. Yeni lifler ve yeni dokuma teknikleri ile yapılan mayolar, yüzücünün vücudunu sararak suya en az direnç gösterecek şekilde üretilmektedir. NANOMALZEME VE TEKNOLOJİLERİ HANGİ ALANDA KULLANILIR? Nitekim yapılan araştırmalar bu mayoların diğer mayo tiplerine oranla sürtünme direncini %8 azalttığını göstermiştir 97 Optoelektronik Elektronik Enerji depolama Yeni Malz. Geliştirme Yarı İletkenler 98 NANO ÜRETIM NEDIR? NANO TEKNOLOJİYE GEÇİŞ İÇİN YÖNTEMLER DEĞİŞMELİ Milyarlarca atom ve nano partikülün manüplasyonu Biyosensör KULLANILAN YÖNTEMLER BÜYÜK BOYUTTAN BAŞLANGIÇ ERİTME, ÖĞÜTME GİBİ YÖNTEMLERLE SON ÜRÜNE YADA PARÇALARINA ULAŞMA 2004 2005 Şablonlar Yüksek hız Yüksek hacim Güvenirlilik 2006 2007 Kitleler ve çalışanların bilgili olması Hafıza cihazı NANO YÖNTEM ATOM VE MOLEKÜLLERDEN BAŞLANGIÇ NANO BOYUTTAN MAKRO BOYUTTAKİ ÜRÜNLERE ULAŞMA KÖPRÜ YÖNTEMLER NANO VE MİKRO TEKNOLOJİLERİ EKLİYEREK YENİ PROSESLER VE MALZEMELER, GELİŞTİRİP, ÜRETMEK Çevresel olarak dost prosesler 99 100 Nanoteknolojinin İnsan Hayatına Etkileri Daha güvenilir ve hafif malzemeler Daha az yakıt yakan ve, çevreyi kirletmeyen toplu taşım araçları Daha verimli güneş pilleri Daha hızlı bilgisayarlar Daha çok bilginin depolanması Uzun ömürlü piller Daha sağlıklı yaşam Daha hassas algılayıcılar Daha duyarlı filtreler Daha sağlam kumaşlar Mikrop tutmayan kaplamalar Yüksek kapasite ve yüksek veri hızı Hastalıkların doğru tedavisi Daha güçlü savunma sanayisi... Yenilenebilir temiz enerji kaynakları: Hidrojen Enerjisi Güneş Enerjisi 17
BAZI UYGULAMALAR Otomobil panellerinin rijitliği ve daha iyi boya yapışması % 5 kil ilavesi ile sağlanmıştır Plastiklerin aleve dayanımı artmıştır Tenis topu, lastik ve diğer ambalaj malzemelerinin dayanımı arttırılmıştır. clay platelets air polymer 103 104 NANOTEKNOLOJI: GERÇEK VEYA BILIM KURGU Kendini temizleyen cam Gerçek Güvenli güneş kremleri Gerçek Daha az kirletici yakıtlar Gerçek Bünye ve damar içinde Nanorobotlar Bilim kurgu 106 FLASH BELLEKLER Kuantum noktalar KUANTUM NOKTALARı (DOT) Bunlar nano boyutta, bir kaç yüz atomla bir kaç binatom büyüklüğünde (10 nm den az) yarı iletken kristal parçacıklardır. 107 108 18
Resim şu anda görüntülenemiyor. 4/7/2016 Akıllı dizlik, Dizin yanlış fiziksel işlevlerini raporlar. İçinde özel nano sensörlerler barındırmaktadır. 109 110 111 112 NANO MALZEME ÜRETİM YÖNTEMLERİ Boyutu 100 nanometrenin (nm) altında olan nanopartiküller, hacimsel yapılı malzemelerden çok daha farklı ve üstün olarak kabul edilen özellikler sergilemektedirler. 113 Nanopartiküllerin fizikokimyasal ve morfolojik özellikleri kullanılan başlangıç malzemesinin karakteristiğinden etkilenmesinden dolayı farklı üretim yöntemlerinin geliştirildiği görülmektedir. 114 19
Resim şu anda görüntülenemiyor. Resim şu anda görüntülenemiyor. Resim şu anda görüntülenemiyor. 4/7/2016 Nanoteknolojik malzemelerin çıkış noktasını oluşturan nanopartikuller geniş bir kimyasal aralık ve morfolojide üretilebilirler. İKI TEMEL ÜRETIM FELSEFESI Yukarı => Aşağı Yekpare madde Mikro-/nano yapılar Aşağı => Yukarı Atomlar/moleküller Atomik yapılar 115 Fonksiyonel Sistemeler: Yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya yöntemlerin karışımı 116 Yukarıdan Aşağıya Hassas mühendislik Mikroelektronik/MEMS Litografi Depozisyon Dağlama İşleme Aşağıdan Yukarıya Kimyasal sentezler Molekül düzenleme SPM manüplasyonu Kendiliğinden örgütlenme Kendiliğinden kurulum 117 1-Bottom-up: Aşağıdan yukarıya yaklaşımı (küçükten büyüğe), moleküler nanoteknolojiyi belirtir ve organik veya inorganik yapıları, maddenin en temel birimi olan atomlardan başlayarak atom atom, molekül molekül inşa edilmesi yöntemini ifade eder. Aşağıdan yukarıya yaklaşımına dahil yöntemler ise; atomik veya moleküler boyuttaki yapıları kimyasal reaksiyonlar ile büyüterek partikül oluşumunun gerçekleştirilmesi olarak tanımlanmaktadır. 118 Nanokristalin metal ve alaşımlarının üretiminde kullanılan ilk yöntem olan gaz yoğunlaştırma tekniği aşağıdan yukarıya yaklaşımıyla çalışmaktadır. Kimyasal buhar kaplama, kimyasal buhar yoğunlaştırma, sol jel ve sprey piroliz yöntemleri de bu yaklaşımın en çok bilinen diğer üyeleridir. 2-Top-down: Yukarıdan aşağıya yaklaşımı (büyükten küçüğe), makineler ve benzeri mekanik ve kimyasal yöntemler kullanılarak nano yapıların fabrikasyonu ve imal edilmesi yöntemlerini ifade eder. 119 120 20
Partikül üretiminde kullanılan yöntemlerin yukarıda açıklanan ayrım dışında fiziksel veya kimyasal temelli olarak da iki ayrı sınıflandırılması mümkündür. Mekanik enerjinin kullanıldığı fiziksel özelliklerin ön plana çıktığı yöntemler fiziksel ve kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği yöntemler ise kimyasal temelli olarak kabul edilmektedir. Teknolojinin bu günkü seviyesi sebebi ile yapılan çalışmaların bir çoğu yukarıdan aşağıya (top-down) klasmanında 121 değerlendirilir. Nano partikül üretiminde kullanılan yaklaşımlar 122 NANO KRİSTAL VE PARTİKÜLLERİN ÜRETİM YÖNTEMLERİ NANO KAPLAMA TEKNİKLERİ Yaş Kimyasal Yöntemler Buhar Yöntemleri Mekanik Aşındırma- Mekanik Alaşımlama 123 124 Kaplama teknikleri, malzeme yüzeyinin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin değiştirilmesine imkan sağlar. Kaplama teknikleri, kaplama malzemesinin bulunduğu fiziksel hale göre: Gaz halinden, Çözeltiden Sıvı veya yarı sıvı halden kaplamalar olarak ana başlıklara ayrılır. 125 Çeşitli kaplama yöntemlerinin uygulama alanlarını belirleyen iki parametreden bahsedilebilir: Sıcaklık, kaplama kalınlığı. Kaplama kalınlığı angströmden (1 angström = 0.1 nanometre) mikrometreye kadar değişebilir. Gaz halinde yapılan kaplama tekniklerinden olan kimyasal buhar biriktirme (CVD) ve fiziksel buhar biriktirme (PVD) yöntemleri nano kaplamaların elde edilmesinde kullanılabilmektedir. 126 21
Amaç: Yaklaşık 100 nm kalınlığında bir tabakanın bir altlığa kaplanması. Su yüzeyinde çok ince yağ filmi gibi Sert kaplama Optik kaplama İletken kaplama Manyetik kaplama... Bir nanofilm! 127 22