Nanobilim ve Nanomühendislik Programı
Nanobilim ve Nanomühendislik, ülkemizde lisans ve lisans üstü eğitim olarak verilmektedir.
Nano-Bilim ve Nano-Mühendislik programının araştırma konuları diğer lisans ve lisansüstü programlardan temel farkları şu şekildedir:
- Malzeme ve ilgili proseslerin ve/veya olayların nano ölçekte incelenmesi
- Karakterizasyon çalışmalarında kullanılan cihazların nano ölçekte analize uygun olması
- Tasarım, simülasyon ve üretim aşamalarının nano ölçekte boyutlandırılması
- Disiplinler arası, çok amaçlı, temel araştırma ve ürün odaklı araştırmalara olanak sağlaması
- Farklı bölümlerden araştırmacıları aynı laboratuvar ve çalışma ortamında bir araya getirerek sinerji oluşturulması
Nanobilimi ve nanoteknolojiye giriş
· Nanobilimi ve nanoteknolojiye genel bakış
· Nanomalzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri
· Nanoteller
· Nanomalzemelerin sentezi
· Nanomalzemelerin karakterizasyonu
· Nanosistemlere ve nano aygıtlara giriş
· Karbon nanotüpler
· Çevre Uygulamaları
· Nanofabrikasyon teknikleri
· Nano haberler
· Nanoteknolojinin son dönem uygulamaları
Nanoteknolojinin ve nanomalzemelerin temellerinin öğrenilmesi.
· Nanokarakterizasyonun temellerinin öğrenilmesi.
· Nanoteknolojinin son dönem uygulamaları
· Nanofabrikasyon için uygun prosesleri
· Nanobilimi ve nanoteknolojiye genel bakış
· Nanomalzemelerin fiziksel ve kimyasal özellikleri
· Nanoteller
· Nanomalzemelerin sentezi
· Nanomalzemelerin karakterizasyonu
· Nanosistemlere ve nano aygıtlara giriş
· Karbon nanotüpler
· Çevre Uygulamaları
· Nanofabrikasyon teknikleri
· Nano haberler
· Nanoteknolojinin son dönem uygulamaları
Nanoteknolojinin ve nanomalzemelerin temellerinin öğrenilmesi.
· Nanokarakterizasyonun temellerinin öğrenilmesi.
· Nanoteknolojinin son dönem uygulamaları
· Nanofabrikasyon için uygun prosesleri,
ÇALIŞMA KONULARI
• Karbon Nanotüp ve Fulleren Üretimi
• Kimyasal Tepkime Kinetiği
• Reaktif Akışların Modellenmesi
• Elektrik Ark Boşalımı ve Kimyasal Buhar Çökeltimi
• Fulleren Esaslı Kimyasalların Sentezi
• Nanomalzemelerin Adsorpsiyon ÖzellikleriSınıf Dersler
1 Sınıf Dersler
Temel eğitim olarak verilmektedir.
Kimya Temel
Fizik Temel
İngilizce
İş Güvenliği
Matematik
Türkçe
2.Sınıf Dersler
NANOBİLİM VE MÜHENDİSLİKTE FİZİKSEL KURAMLAR
LABORATUVAR GÜVENLİĞİ
SERAMİK MALZEMELER
POLİMER KİMYASI
NANOLİFLER
MALZEME BİLİMİ
TERMODİNAMİK
3.Sınıf Dersler
MAKRO VE NANOMALZEMELERİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ
MALZEMELERİN KRİSTAL YAPISI
SERAMİK TEKNOLOJİSİ
CAM TEKNOLOJİSİ
ISIL İŞLEMLER
TOZ MALZEME TEKNOLOJİSİ
KUANTUM FİZİĞİNE GİRİŞ
MÜHENDİSLİK ETİĞİ VE KİŞİSEL GELİŞİM
TAŞINIM MEKANİZMALARI
MALZEME BİLİMİ LABORATUVARI
4.Sınıf Dersler
MALZEMELERİN GERİ DÖNÜŞÜMÜ
SERAMİKLERİN ŞEKİLLENDİRME YÖNTEMLERİ
NANO ÖLÇEKTE KARAKTERİZASYON YÖNTEMLERİ
KOLLOİD KİMYASI
KAPLAMA TEKNOLOJİLERİ
NANOMALZEMELERİN ÜRETİM METODLARI
Nano Ölçekli Görünmezlik Çalışmaları
Görünmezlik, dışarıdan bakıldığında nano ölçekli malzeme ile kaplanan nesnenin gönmemesidir. Fakat şu önemlidir ki görünmezlik’ denildiğinde, dışarıdan bakan kimsenin o nesneyi görmemesini sağlamak kadar, görünmezlik perdesi ardında bulunan nesnenin dışarıda kalanları görebilmesi gerekiyor. Bu mesele henüz pratik ve uygulanabilir bir çözüme kavuşturulabilmiş değil.
Nano ölçek nesneler üzerindeki çalışmalarda, görünmezlik perdesinin arkasında kalan nesnenin dışarıyı görebilmesi sağlanmaya çok yaklaşıldı. Nano, herhangi bir ölçünün milyarda biri anlamına geliyor. Yani bir nanometre, metrenin milyarda biri olarak tanımlanıyor.
Gözümüz ışığın nesneye çarpması sonucu yansımaları (foton) görmektedir. Görünmezlik çalışmaları nanoteknoloji ile birlikte hız kazamıştır. Çünkü nesneleri nano ölçekli malzemeler ile kaplayarak nesneye gelen ışığın(foton) açısının değişmeden nano ölçekli kaplamadan geçmesi üzerine çalışmalar ilerlemektedir.
Nano ölçekli görünmezlik çalışmaları, nano optik sensörler ile sağlanmaktadır.
Nanoteknoloji Mühendisliği Nedir?
Nanoteknoloji Mühendisliği; temel bilim ve mühendislik uygulamalarının birleştiği, inorganik ve organik kökenli doğal veya sentetik hammaddelerden başlayarak metal, seramik ve polimer esaslı mühendislik malzemelerinin ve nanomalzemelerin tasarlanmasını, geliştirilmesini, üretilmesini ve bunların özelliklerinin çeşitli sanayi dallarındaki teknik ihtiyaçlara uyarlanmasını konu alır. Disiplinlerarası bir alan olup, tüm mühendislik dalları, biyomedikal ve biyoteknoloji alanları, diş hekimliği, tıp gibi alanlarla yakın ilişki içindedir.
İnsanlık varolduğu sürece çevresi ile etkileşimde bulunmuş, yaşadığı zamana göre çevresinde bulunan çeşitli malzemeleri kendi ihtiyaçları çerçevesinde kullanmaya çalışmıştır. Seneler içinde insanlık, milattan önce üretilen Hitit krallarının demir tahta ve asalarından ve günümüzde üretilen mikroçiplere ve biyomalzemelere kadar geniş bir aralıkta üretim çalışmalarına devam etmiş ve bu çalışmaları teorik olarak ispatlayabilecek duruma gelmiştir. Günümüzde sürdürülen mühendislik çalışmaları sürekli olarak yeni malzemelerin geliştirilmesi üzerinedir ve her gelişme malzeme alanındaki gelişme ile paralel olmaktadır. Bu çalışmalar yapay insan dokularından, elektronik malzemelere ve nanomalzemelere kadar çok geniş bir alanda sürdürülmektedir.
Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği, her çeşit malzemenin atomik ve moleküler düzeydeki yapılarının incelenmesi yanında, makroskopik düzeydeki özellikleri ve karakterizasyonları üzerine eğitim vermektedir ve bu alandaki tek mühendislik programıdır. Yeni malzemelerin geliştirilmesi yanında mevcutların daha güvenli, sağlıklı ve emniyetli olmalarını sağlayacak üretim süreçleri ile de ilgilidir.
Havacılık başta olmak üzere, savunma, enerji, haberleşme ve otomotiv sanayii
gibi birçok gelişen sektörün giderek artan ihtiyaçları üstün performanslı,
nanofonksiyonel yeni malzemelerin geliştirilmesini zorunlu hale getirmiştir.
Bunun sonucunda polimerler, seramikler ve kompozitler, konvensiyonel metalik
malzemelerin yanında yerini almış ve mühendislik malzemelerini büyük ölçüde
zenginleştirmiştir. Tüm bu gelişmeler karşısında, insanlık tarihi boyunca
geliştirilmiş olan geleneksel malzemelerin, bir taraftan özelliklerinin daha da
iyileştirilmesi, diğer taraftan yeni ve yaratıcı yaklaşımlarla
alternatiflerinin geliştirilmesi kaçınılmazdır. Son 30 yıldır malzeme
mühendisliği alanına yeni bir ivme kazandıran bu olgu, Malzeme Bilimi ve
Nanoteknoloji Mühendisliği eğitim programlarına da yön vermektedir.
Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği; en uygun malzemenin üretimi için, mikroyapı-özellik ve performans döngüsünü sağlamak için en uygun hammadde, üretim yöntemi ve ürün üzerine odaklanmaktadır.
Nanoteknoloji Mühendisliği İş imkanları?
Özellikle Türkiye’nin de mezun da olsanız iş bulmanız zordur. Ama nanoteknoloji mühendisliği birçok alanda ihtiyaç duyulduğu için genellikle iş bulabilirler. Nanoteknoloji mezun olanlar bu alanlarda iş bulabilir. Nanoteknoloji uzmanlığa alanlarında, askeri savunma sisteminde, TÜBİTAK, ARGE çalışmalarında, devletin laboratuvarların da beyaz eşya havacılık Elektronik Kozmetik Otomotiv gibi biyomedikal sektörlerde de iş bulabilir. Veya ülkemiz de ya da yurt dışında çalışmak imkanı veren birçok üniversite vardır.
Nanoteknoloji Mühendisliği Araştırma Konuları
Parçacık Hızlandırıcıları Ve Uygulamaları
Parçacık Hızlandırıcıları, elektrik ve manyetik alanları kullanarak yüklü parçacık demetlerini hızlandıran, bir çok uygulama alanına ve ileri düzey donanıma sahip stratejik (üretken, kritik) teknolojidir.
Yüksek Enerji Fiziği
İnsanlığın yaşadığı evreni anlama çabası ve bu yöndeki çalışmaları bugün Yüksek Enerji Fiziği (YEF) olarak nitelendirilen bir alanda devam etmektedir. Maddenin temel yapıtaşlarını ve bunları bir arada tutan kuvvetleri araştırmak insanları, daha fazla düşünmeye, soru sormaya ve bunun sonucunda yeni teknolojiler üretmeye yöneltmiştir. Rutherford Deneyi ile temelleri atılan modern bilimde, atomun yapısı (Mehmet Akif Ersoy’un tabiriyle “Maddenin kudret-i zerriyesi”) bilim insanları tarafından “binlerce emek” sarf ederek araştırılmaktadır. Bugün Yüksek Enerji Fiziği’nde halen yanıtlanmayı bekleyen bir çok problem mevcuttur. Maddenin yapısını açıklamada başarılı olarak kabul edilen Standart Modelin hali hazırda cevaplayamadığı birçok soruların mevcut olması bilim insanlarını Standart Model ötesi başka kuramlara yöneltmiştir.
Proton Geçirgen Zar Yakıt Pilleri
Yakıt pilleri bilinen alternatif enerji kaynakları arasında (güneş enerjisi, rüzgar enerjisi vb.) yüksek verimli güç üretme kapasitesine sahip ve yakın geleceğin en önemli enerji üreteci olarak öngörülmektedir. Yakıt pillerinin temel prensibi zararlı gaz emisyonu olmaksızın, kullandığı yakıtı doğrudan yakmadan enerji elde etmesidir. Günlük yaşamda kullandığımız normal pillerden farkı ise, sisteme yakıt beslendiği sürece enerji üretimine devam edilmesidir. Bu enerji, bir otomobili çalıştırabilir veya bir yerleşim merkezinin enerji ihtiyacını karşılayabilir.
Güneş Pilleri İçin Alternatif Malzemeler ve Üretim Teknolojileri
Güneş pilleri yarıiletken malzemeler kullanılarak güneş enerjisinin direkt olarak elektriğe çevrilmesini sağlayan cihazlardır. Genel olarak güneş pilleri, yarıiletken malzemenin tek kristal yığın veya polikristal ince film olarak üretilmesi ile elde edilir. İnce film güneş pilleri yığın güneş pillerine kıyasla daha az aktif malzeme kullanılması ve farklı alttaşlar üzerinde üretim yapılabilmesi gibi avantajlarından dolayı öne çıkmıştır.
Optik Biyosensör Tasarımı
Biyosensörler, biyolojik materyaller içeren ve/veya bunların çeşitli ortamlardan kalitatif ve kantitatif tayininde ve izlenmesinde kullanılan cihazlardır.
Bir biyosensör 3 temel bileşenden oluşur:
(i) tanıyıcı bölüm;
(ii) tanıyan ile tanınan arasındaki etkileşimi elektrik sinyaline çeviren “çevirici”; (iii) elektronik bölüm. Biyosensörün tanıyıcı tabakasına sabitlenmiş “tanıyan” ile tayini gerçekleşecek olan “tanınan” arasında, sensör yüzeyinde bir etkileşim oluşur. Bu etkileşim sonucunda oluşan değişiklik, örneğin bir elektrokimyasal değişikliğe neden olur. Alternatif olarak etkileşim sonucu ısı çıkışı veya ısı kaybı olur, optik özellikler değişir veya kütle değişimi gözlenir.
İlaç Tasarımında Moleküler Modelleme Yöntemleri
İyon kanalları sinir ve kas hücrelerinde elektrik sinyallerinin iletilmesini sağlar. İyon kanallarının çevresel ya da genetik nedenlerle düzgün çalışmaması birçok hastalıkların kaynağıdır. Dolayısıyla iyon kanallarının işleyişlerinin moleküler düzeyde anlaşılması, nöroloji, fizyoloji ve ilaç biliminde en önemli problemlerden biridir. İyon kanalları için tabiat, etkili, seçici ve gereksinimleri karşılayan zengin bir toksin kütüphanesi sunmaktadır. İlaç tasarımında laboratuar çalışmalarıyla bilgisayar simülasyonlarını birleştirmek, süreci daha da zenginleştirilebilir. Kapasite ve hız olarak yüksek performanslı bilgisayarların gelişimiyle proteinlerin moleküler seviyedeki simülasyonlarını ve ligandlarla etkileşimini doğru olarak incelemek mümkündür. Bu gücü kullanarak kanal, taşıyıcı ve reseptörlere toksin bağlanmasını hesapsal olarak çalışmak suretiyle toksin peptitlerinden yeni ilaçlar geliştirilmesi hedeflenmektedir.
Desalinasyon
Tatlı su kaynakları tüm yaşam ve insan aktiviteleri için en gerekli, sürdürülebilir gelişim içinse öncül koşuldur. Dünya yüzeyinin %70’i sularla kaplı olmasına rağmen, içilebilir tatlı su miktarı bunun yalnızca %0.7’sidir. Desalinasyon, tuzsuzlaştırmaktır. Suda mevcut tuzu, mineralleri ve diğer safsızlıkları gidererek; içme, sulama, kullanma amaçlı su elde edilmesini hedefleyen proseslere genel olarak desalinasyon prosesleri adı verilir. Üç tarafı denizlerle çevrili olan ülkemiz, desalinasyon sisteminin hayata geçirilmesine son derece uygundur. Desalinasyon sayesinde mevsimsel etkenler yüzünden veya küresel ısınma nedeniyle tatlı su kaynaklarındaki azalmanın olumsuz etkisi ortadan kaldırılabilecektir.
tık Plastik Malzemelerin Katalitik Ortamda Parçalanması ile Değerli Kimyasal ve Sıvı Yakıt Üretimi
Atık Plastik Malzemelerin Katalitik Ortamda Parçalanması ile Değerli Kimyasal ve Sıvı Yakıt Üretimi
Günümüzde plastik malzeme tüketimi hızla artmakta olup, bu tüketim sonucunda oluşan atıklar ciddi boyutta çevre kirliliğine neden olmaktadır. Bu sorunun üstesinden gelmek ve depolama, yakma yöntemlerinin dezavantajlarından kurtulmak için plastiklerin katalizörsüz veya katalizörlü ortamda ısı yoluyla parçalanarak monomerlerine, çeşitli yakıtlara ve/veya petrokimya sanayi için gerekli olan kimyasallara dönüştürülmesi, plastik atıkların oluşturduğu kirlilik probleminin çözümü için diğer yöntemlere alternatif olarak düşünülmekte, bu dönüştürmenin daha verimli olabilmesi için tepkime ortamında kullanılacak yeni nesil katalizörlerin (nanokatalizörler) sentezlenmesi hedeflenmektedir.
Grafen Oksit Dispersiyonu
Grafen oksit, grafit kristalleri oksitlendiğinde elde edilen bir mono-atomik tabaka malzemesini ifade eder. Oksitlenme işlemini uygun kılan suda çözünme kabiliyeti nedeniyle ticari olarak temin edilebilen grafen ender malzemelerden bir tanesidir. Bu makalede sudaki grafen oksit dispersiyonunun sentezi, özellikleri ve bazı uygulamalarından bahsedeceğiz.
Grafen Oksit Dispersiyonun 7 Özelliği
1- Bir malzemenin özellikleri o malzemenin yapısı vasıtasıyla tanımlanır, ancak bu malzeme oldukça özgündür, çünkü bu materyalin kesin bir modeli yoktur. Grafen Oksit dispersiyonu, yeni uygulamalara fırsat veren olağanüstü fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikler sunar.
2- Grafen Oksit şekilsizdir, ancak genel olarak, grafen oksit, safsızlıkları koruyacak şekilde tamamen çıkarmayı amaçlayan grafen modelinin aksine, işlevsel hidroksit ve oksijen gruplarına sahip petek şeklinde karbon atomları içeren iki boyutlu bir tabaka olarak tanımlanabilir.
3-Grafen oksit, farklı olarak bazı özellikleri de barındırır. Kimyasal ve atomik yapısına bağlı olan elektrik, iletkenlik özellikleri gibi.
4- Grafen oksit dispersiyonu ayrıca, foto ışıldama, yani ışımanın yayılmasıyla ışığın yayılması gibi benzersiz optik özelliklere sahiptir. Bu özellik, biyo duyumda, flüoresan etiketlerde ve optoelektronik uygulamalarda, optik fiberde veya likit kristal ekranlarda hareket eden ışığı tespit eden sensörlerde kullanılabilmektedir.
5-Ortalama elastik modülü ve kırılmaya karşı en yüksek direnç sırasıyla 32 GPa ve 120 MPa’dır.
6-Grafen Oksit Dispersiyonu ayrıca tek tip tabakalar halinde ultra ince ve esnek bir nano yapıdadır.
7- Grafen Oksit yüksek çözünürlüğe sahiptir ve aşağıda açıklandığı gibi suda kolayca dağılır.
Grafen oksit dispersiyonunun uygulanan sektörler
-Spor aletleri ve oyuncaklar
-Boya ve Cilalar
-Otomobil sektörü
-Havacılık ve Savunma
-Güneş paneli
-Tekstil
-Piller ve Enerji
-Ekranlar
-Kauçuk ve Plastik
-Binalar
-Elektronik ve Optoelektronik
Nano Malzemeler ve Mekanik Özellikleri
Nano malzeme Nedir?
Nano büyüklük olarak metrenin milyarda biridir.
Nano boyutlu malzemeler karbon veya gümüş gibi çeşitli minerallerden meydana gelebilir fakat nano malzeme tanımlanabilmeleri için en az tek boyutunun 100 nanometreden küçük olması gerekir.
NANO MALZEMEDE BOYUT ETKİLERİ
Aşağıdaki tabloda görüldüğü üzere boyutlarda meydana gelen azalma yüzey alanının artışına neden olur.
| Kübün kenar ölçüleri | Küp sayısı | Ortak yüzey alanı |
| 1 m | 1 | 6 m2 |
| 0.1 m | 1000 | 60 m2 |
| 0.01 m × 1 cm | 1 milyon | 600 m2 |
| 0.001 m × 1 mm | 1 milyar | 6000 m2 |
| 1 nm | 1027 | 6000 km2 |
Tablo 1(Boyut değişiminin yüzey alanına etkisi)
Nano boyuttaki malzemeler bulk malzemelere göre farklı özelliklere sahiptirler (renk ve reaktivite gibi).
30 nm tanecik yüzeyde %5 atoma;
10 nm tanecik yüzeyde %20 atoma,
3 nm tanecik yüzeyde %50 atoma sahiptir.
Boyuta bağlı olan özellikler;
Nanometre ölçeğinde özellikler önemli derecede boyuta bağlıdır.
- Termal özellikler: Ergime sıcaklığı
- Mekanik özellikler: Adezyon, kapiler kuvvetler
- Optik özellikler:Absorpsiyon ve ışığın saçılması
- Elektrik özellikler:Tünelleme akımı
- Magnetik özellikler: Süpermagnetik etki
Ergime sıcaklığı: Nano kristal boyutu düşerse, yüzey enerjisi artar ve ergime noktası azalır. Çünkü yüzey enerjisi/hacim enerjisi oranı keskin bir şekilde değişir.
Çok küçük tane boyutunda dolayı nano kristalli malzemeler, iri taneli polikristalli malzemelere göre daha farklı ve iyileştirilmiş özelliklere sahiptirler. Bu özellikler;
- Artan mukavemet/sertlik,
- Yüksek yayınım,
- Düşük yoğunluk,
- Daha yüksek elektrik direnci,
- Artan özgül ısı,
- Daha yüksek termal genleşme katsayısı,
- Daha düşük termal iletkenlik,
- Üstün nitelikli yumuşak manyetik özellikler olarak belirtilebilir.
Nano malzemelerde atomlar arası boşlukların azalmasından dolayı kafes sabitleri de azalır. Bundan dolayı Daha düşük ergime sıcaklıkları ve faz geçiş sıcaklığına sahiptirler.
Şekil 1 (Boyutun azalmasıyla ergime noktasının azalışı)
1.Mekanik Özellikler
Nano malzemelerde Young modülü, süneklik ve süper elastiklik gibi mekanik özellikler birçok araştırmacı tarafından çalışılmıştır. Nano malzemelerin mekanik özellikleri teorik mukavemete ulaşabilir (NaCl viskerlerin mekanik mukavemeti boyutları 1 mikron altına indikçe belirgin şekilde teorik mukavemete yaklaşır). Mekanik mukavemetteki artış hataların azalmasından dolayı meydana gelmektedir.Daha küçük yapılar daha az yüzey hatasına sahiptirler.
1.1)Elastik Özellikler
Şekil 2 (Nano ve mikro kristal bakırların gerçek gerilme-gerçek gerinme ilişkisi)
Nano malzemeler 4 kat daha yüksek Young modülü ve gerilme mukavemeti değerine sahiptirler. Daha az plastik deformasyona uğrarlar ve daha kırılgan yani gevrektirler.
Nano yapılı malzemelerin mukavemet ve sertliği boyutun azalmasıyla artar.
Şekil 3 (Tane boyutu ve gerilme ilişkisi)
Elastik şekil değiştirmeye karşı direnç değeri tozların sıkıştırılması ile elde edilen nano malzemelerde daha düşüktür. Bunun sebebi dışarıdan gelen hatalardan (gözenek ve çatlaklar) meydana gelmektedir.
1.2)Sertlik ve Mukavemet
Tane boyutu 1 mikrometreden büyük olan malzemelerin sertlik ve mukavemet değerleri deneysel olarak Hall-Petch ifadesi ile elde edilir;
Benzer şekilde sertlikte aşağıdaki eşitlikten elde edilir.
Nano boyuta doğru inildikçe sertlik değeri tipik olarak artar. San nano kristalli metallarin sertlik değerleri iri tanelilere göre 2-7 kat daha fazladır.
Şekil 4 ( Tane boyutu ve sertlik ilişkisi)
Nano malzemeler Frank-Reed kaynağıyla dislokasyon üretimi mümkün olmadığı için tane sınırları prosesi yardımıyla deforme olurlar.Böylece, tane sınır sürünme rejiminde azalan tane boyutuyla birlikte sertlik de azalır. Ashby-Verral süreci “tanecik sınır geçiş” sürecidir.
Yukarıdaki figür malzeme deformasyonu süresince tane sınırı değişimini göstermektedir.
1.3)Süneklik ve Tokluk
1 mikrometreden büyük tane boyutlarındaki malzemeler için süneklik (kopmadan şekil değiştirebilme kabiliyeti) ve tokluk (enerji yutum kapasitesi) değerlerinde çok kuvvetli etkisi olduğu bilinmektedir. Nano kristal metallerin süneklik ölçümlerinin sonuçları karışıktır, çünkü kristal hata ve poroziteye, yüzey işlemlerine ve test metoduna karşı oldukça duyarlıdır.
Geleneksel tane boyutlarındaki saf bakırın uzaması %60 iken, nano kristal bakırın uzama değeri %4’tür.
Geleneksel boyutlarda sünek davranış gösteren nano kristalli malzemeler, örnekte de görüldüğü gibi nano boyuta indikçe daha az süneklik, bazen de kırılgan davranış gösterirler.
1.4)Süper plastiklik davranışı
Süper plastiklik, polikristalli malzemelerin boyun vermeden veya kırılmadan çok yüksek çekme deformasyon değerleri gösterebilme kabiliyetidir. %100 – %1000 arasındaki bu tipik uzama değerleri, bu davranışın özelliklerini tanımlamada göz önüne alınır.
Tane boyutu küçüldüğünde, süper plastikliğin ortaya çıktığı sıcaklık düşer ve ortaya çıkış anındaki şekil değişimi oranı artar.
1.5)Nano- Boyuttaki Malzemelerin Deformasyon Mekanizmaları
Nano boyutun sonundaki (50-100 nm) tanelerin, test sıcaklıklarında <0.5 Tm dislokasyon aktivitesi hakim olmaktadır.
Tane boyutu azaldıkça, dislokasyon aktivitesi de azalmaktadır. Nano boyutun alt seviyelerine gelindikçe (<10 nm) yeni dislokasyonların oluşumu zorlaşmaya başlar.
KAYNAKÇA
1)Nano Etkinin Temelleri / Doç.Dr. Atilla Evcin / Afyon KocaTepe Üniversitesi/ 2016
2) Melting points, mechanical properties of nanoparticles and Hall Petch relationship for nanostructured materials/ R. John Bosco Balaguru/ B. G. Jeyaprakash/ School of Electrical & Electronics Engineering SASTRA University
Kaynak: https://www.ceyrekmuhendis.com
Tek Atomlu Transistör
Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü’nden Fizik Profesörü Thomas Schimmel ve ekibi, var olan en küçük transistör olan tek atomlu bir transistör geliştirdi.
Yeni geliştirilen bu kuantum elektroniği bileşeni, tek bir atomun kontrollü yeniden konumlandırılmasıyla elektrik akımını değiştirebilmesini sağlamaktadır. Tek atomlu transistör, oda sıcaklığında çalışır ve çok az enerji tüketir, bu da bilgi teknolojisi için tamamen yeni perspektifler açmaktadır. Endüstrileşmiş ülkelerde, bilgi teknolojisi şu anda toplam güç tüketiminde % 10’un üzerinde bir paya sahiptir. Transistör, bilgi işlem merkezlerinde, bilgisayarlarda, akıllı telefonlarda veya çamaşır makinesinden uçağa birçok uygulama için gömülü sistemlerde dijital veri işlemenin merkezi unsurudur.
Yeni geliştirilen bu kuantum elektroniği bileşeni, tek bir atomun kontrollü yeniden konumlandırılmasıyla elektrik akımını değiştirebilmesini sağlamaktadır. Tek atomlu transistör, oda sıcaklığında çalışır ve çok az enerji tüketir, bu da bilgi teknolojisi için tamamen yeni perspektifler açmaktadır. Endüstrileşmiş ülkelerde, bilgi teknolojisi şu anda toplam güç tüketiminde % 10’un üzerinde bir paya sahiptir. Transistör, bilgi işlem merkezlerinde, bilgisayarlarda, akıllı telefonlarda veya çamaşır makinesinden uçağa birçok uygulama için gömülü sistemlerde dijital veri işlemenin merkezi unsurudur.
Piyasada satılan düşük maliyetli bir USB bellek bile birkaç milyar transistör içerir. Gelecekte, Profesör Thomas Schimmel ve ekibinin geliştirdiği tek atomlu transistör, bilgi teknolojisindeki enerji verimliliğini önemli ölçüde artırabilir. Schimmel, “Bu kuantum elektroniği elemanı, geleneksel silikon teknolojilerininkinden daha az enerjiyi harcamayı mümkün kılıyor” ifadelerini kullandı. Tek atomlu elektroniğin öncüsü sayılan Profesör Schimmel, bu yılın başlarında KIT ve ETH Zürih tarafından ortaklaşa kurulan Tek Atom Elektroniği ve Fotonik Merkezi’nin Eş-Direktörü olarak atandı.
Dünyanın en küçük transistörü, tek bir atomun kontrollü tersine hareketiyle akım geçirir. Konvansiyonel kuantum elektroniği bileşenlerinin aksine, tek atomlu transistör sadece mutlak sıfır, yani -273 ° C civarında çok düşük sıcaklıklarda çalışmakla kalmaz, aynı zamanda oda sıcaklığında da çalışır. Bu özellikler, gelecekteki uygulamalar için büyük bir avantajdır. Tek atomlu transistör, tamamen yeni bir teknik yaklaşıma dayanmaktadır. Transistör sadece metalden oluşur ve yarı iletkenler kullanılmaz. Buda aşırı düşük elektrik voltajlarına ve dolayısıyla çok düşük bir enerji tüketimine neden olur.
Kaynak: Webtekno
Grafen bataryalı telefonlar geliyor!
Akıllı telefonlarda yıllardır lityum iyon piller kullanılıyor. Bu teknoloji ile akıllı telefonlarda 5000 – 6000 mAh kapasiteli bataryalar kullanılmaya başlanırken, incelen boyutlar nedeniyle üreticiler 4000 – 4500 mAh aralığına sıkıştı.
Batarya teknolojisini çok daha ileri seviyeye taşımak için çalışmalarını sürdüren Samsung son dönemde grafen kullanan bataryalara odaklanmış durumda. Grafen teknolojisinin kullanıldığı bataryalar, lityum iyon ile kıyaslandığında daha küçük boyutlarda daha fazla kapasite sunarken, aynı zamanda daha hızlı şarj olabiliyor.
Elektriği Direnç Göstermeyen Bükülmüş Grafen
Fizik dünyasında son 1 yıldır yapılan araştırmalara göre, grafen isimli bir malzeme, geleceğin teknolojileri için büyük önem taşıyacak. Elektriği direnç göstermeden iletecek bir maddenin peşinde koşan bilim insanları, grafen sayesinde kuantum fiziğinin bilinmeyenlerini de aydınlatabilir. Peki nedir bu grafen, hakkında neleri bilmemiz gerekiyor?
Doğada bulunan her madde elektriğe karşı farklı dirençler gösterir. Atomların ve moleküllerin türüne ve dizilişine göre değişen bu direnç miktarı, elektriğin ne kadar hızlı ya da yavaş iletileceğini de belirler. Direnci en düşük olan maddeleri de elektronik devrelerde kullanırız. Bakır ve altın ise elektriğe karşı en az direnç gösteren, yani en kolay ileten iki maddedir.
Bilim insanlarının hayali ise elektriği dirençsiz bir şekilde iletmek. Bu hayal oldukça ütopik görünse de yapılan son araştırmalara göre mümkün. Süperiletken dediğimiz özel malzemeler standartlaştığında elektriğe dair pek çok şeyin tanımını da değiştirebileceğiz.
Bugün bilim dünyasının gündeminden artık kolay kolay düşmeyecek “grafen” isimli maddeye yakından bakıyor. Olabilecek en basit şekilde şimdiden onun neden “sihirli” madde olarak anıldığına dair gözlem yapıyoruz.
Grafenin Abisi Grafit. Bir Başka Deyişle, Kurşun Kalem!
Kurşun kalemlerimizin içindeki siyah madde ya da uçlu kalemlerimize taktığımız ince uzun uçlar, grafit adı verilen kimyasal bir maddeden üretiliyor. Grafit ise karbon atomlarının üç boyutlu olarak düzenlenmesiyle oluşuyor. Altıgen şeklinde bağlanan atom katmanları üst üste dizilince grafiti oluşturuyorlar. Grafit katmanlarından yalnıza birisini aldığınızda ise grafen isimli mucizevi maddeyi elde ediyorsunuz.
Tek Bir Atom Kalınlığında Olan Tuhaf Madde
Grafenin kalındığı yalnızca bir karbon atomu kadar, yani iki boyutlu bir düzlem. Birbirlerine altıgen şekilde bağlanmış atomlardan oluşan bu düzlem oldukça tuhaf. İnce, bu kadar düzenli bir malzeme yok. Süperiletkenler konusunda en umut vaat edici gelişmeler de grafen ile birlikte yaşanıyor. Nasıl olduğunu anlamak için devam edelim.
Hem Yalıtkan Hem de İletken Olan Madde: Bükülmüş Grafen
Bilim insanlar bir grafen tabakasının üzerine bir başka grafen tabakasını özel bir açıyla yaklaştırdıklarında ve malzemeyi mutlak sıfıra kadar soğuttuklarında ilginç bir şey fark ettiler. Bu özel açılı bükme işlemi sonucunda iki grafen tabakasının özellikleri kökten değişti. Katmanlar önce bir yalıtkan, ardından da süperiletken oldular. Hem yalıtkan, hem de iletken olabilen bir madde…
Bir grafen tek başına elektrik iletimi için yalıtkan düzeyde verimliyken, yani elektriğe karşı büyük direnç gösterirken, iki grafen katmanı bir araya geldiğinde süperiletken ortaya çıkıyor. Tek yapılması gereken o sihirli açıyı tutturmak.
Ucuz, Çok Ucuz Elektrik
Normal şartlarda süperiletken maddeleri kullanmak için yüksek soğukluk ya da yüksek sıcaklık değerleri gerekiyor. Grafen tabakalarında ise oda sıcaklığında süperiletken koşullar oluşturulabiliyor. Yani akıllı telefonlarımızda, bilgisayarlarımızda süperiletken malzemeleri kullanmamız mümkün olacak. Yani daha hızlı ve çok çok daha stabil cihazlara sahip olacağız.
Diğer taraftan hızlı trenlerin yaygınlaşması da kolaylaşabilir. Zira bildiğiniz ulaşımda da süperiletken malzemeleri kullanmak mümkün. Grafen ise bu çözümleri teoriye göre oldukça ucuz, üretilebilir ve yaygınlaşmaya müsait bir duruma getiriyor.
Dahası grafen katmanları sayesinde elektrik enerjisinin transferi de kolaylaşacak. Direnç nedeniyle kaybedilen elektrik gücü kullanıma sunulabilecek. Yüksek verimli ve daha ucuz elektrik enerjisi dağıtılabilecek. Tüm bunlar şimdilik bilimsel birer beklenti. Ancak unutmayın Nikola Tesla da bir bilim insanıydı ve şu an onun hayallerinde yaşıyoruz.
Bükülmüş Grafeni Kontrol Etmek, Bir Odada Işık Açmak Kadar Kolay
MIT’de yapılan araştırmalara göre, grafen katmanlarının bükülmesiyle elde edilen açıyı değiştirmek için bir düğmeye basmamız yeterli olacak. Düğmeyi kapatınca yalıtkan, tekrar basında süperiletken olan bükülmüş grafen, aslında beklenen de işlevsel çözümler sunuyor. Yapısı dolayısıyla son kullanıcıya da oldukça uygun çıktılar verebiliyor.
Fizikçiler, bu içerikte derleyip basitleştirdiğimiz bilgilerin üzerine sayısız teoriyi araştırıyorlar. Hatta fizik dünyasında grafeni araştırmak üzere hayatını adayacak bilim insanlarına ihtiyaç duyulduğu aşikar. Grafen, son 1 yıldır sık sık gündeme gelerek, yepyeni bir bilimsel araştırma sahası olduğunu kanıtladı.
O araştırmaların sonuçlarını teknolojik gelişmelerle gözlemlemek de mümkün olacak.
Kaynak : .webtekno.com
Plastikten Jet Yakıtı Üretimi
Washington State Üniversitesi’nden bir grup araştırmacı, plastik atıkları kullanarak jet yakıtı üretmenin bir yolunu buldu.
Plastik atıkları oldukça ciddi bir problem durumuna geldi. Bilim insanları bu sorunun çözümü için mesai harcıyor. Bu noktada önemli bir araştırma da ABD’deki araştırmacılardan geldi.
Washington State Üniversitesi’nden bilim insanları, plastik atıklarını jet yakıtı olarak kullanmanın bir yolunu buldu. Applied Energy adlı dergide yayımlanan makaleye göre, üniversiteden Hanwu Lei ve çalışma arkadaşları, yüksek sıcaklıkta aktif karbon ile birlikte erittikleri plastik atıkların jet yakıtı üretiminde kullanmanın bir yolunu buldu.
Lei, atık plastiklerin dünya çapında ciddi bir sorun olduğunu belirterek, bu yöntemin plastiklerin geri kazanımında görece daha kolay ve oldukça iyi bir yol olduğunu söylüyor.
Lei ve arkadaşları, düşük yoğunluklu poletilen ve plastik ürün atıklarını kullandı. Su şişeleri, süt şişeleri, plastik poşetler gibi atıklar, bir tüpün içerisindeki aktif karbonun üzerine yerleştirildi. Plasitği eritmenin zor olduğunu söyleyen araştırmacı, kimyasal bağların bozulması için katalizör gerektiğini söyledi.
Karbon katalizör işini tamamladıktan sonra karışımdan ayrıştırılıyor ve geriye kalan plastik işlenmeye devam ediyor. Katalizör, tekrar tekrar kullanılabiliyor.
Çevre Koruma Ajansı’nın verilerine göre ABD’nin çöplüklerinde, 2015 yılında 26 milyon ton plastik bulunuyordu. Çin, ABD’den geri dönüşüm için plastik kabul etmeyi bıraktığından bu yana bu rakam daha da artıyor. Okyanuslar da biriken çok sayıda plastik atık nedeniyle tehlike altında.
Lei, araştırmada kullanılan yöntemin kısa sürede büyük ölçekli olarak uygulanabileceğini söyledi. Ayrıca işlem sonunda, jet yakıtı elde etmek için son ürünün ayrıştırılması geraktiğini söyleyen araştırmacı, bu işlem yapılmaması durumunda elde yalnızca dizel yakıt kalacağını belirtti.
Kaynak : webtekno.com
Nano Malzemeler
Nano teknoloji ünlü fizikçi Richard Feynman tarafından ‘There is Plenty of Room at the Bottom’ (Aşağıda Oldukça Geniş Bir Alan Var) adlı konuşmasına dayanmaktadır (1959). Bu konuşmasında Feynman moleküler boyutlu cihazların yapabileceklerini anlatmış ve nano teknolojinin önemini vurgulamıştır.
İlerleyen zamanlarda (1974) Japon bilim insanı Norio Taniguchi ‘Nano Teknoloji’ terimini yarı iletkenlerin süreçlerini açıklamak için ilk kullanan isim olmuştur.
Ardından Eric Drexler moleküler teknoloji konseptini yaratmış ve nano teknoloji terimini Norio’dan sonra kullanan ikinci bilim insanı olmuştur.
Devam eden yıllarda nano teknoloji büyük bilişim firmaları tarafından kullanılmaya ve teknolojik cihazlar geliştirmeye araç olarak kullanılmıştır. Nano teknoloji kullanılarak IBM tarafından Taramalı Tünelleme Mikroskobu geliştirilmiş (1981) ve nano teknolojinin önlenemez yükselişi başlamıştır.
Nano teknolojinin tarihsel gelişimini özetleyen güzel bir çalışma linkte verilmiştir.
http://www.foresight.org/nano/history.html
Nano teknoloji günümüzde tam ve yüksek performanslı ürünler yapmak için geliştirilen araçlar ve teknikleri kullanarak maddeleri aşağıdan yukarıya oluşturmada tahmini gücü ifade etmektedir. Bir nanometre (nm), metrenin milyarda biri, ya da 10-9 katıdır. Tipik karbon-karbon bağ uzunluğu, ya da bir moleküldeki atomların arasındaki boşluk 0.12–0.15 nm arasında değişiklik gösterirken, bir DNA çift sarmalı yaklaşık 2 nm çapa sahiptir.
Nano boyutlu malzemeler günümüzde büyük ilgi görmektedir. ‘Kuantum Boyut Etkisi’ olarak adlandırılan teoriye göre bir malzemenin partikül boyutu ve şekli değiştiği zaman özelliklerinde değişim meydana gelebilmektedir. Bu değişim nano boyutlu malzemelere ilginin artmasını sağlamaktadır. Farklı alanlarda nano boyutlu malzemeler kullanılarak, nano boyutun gizemi çözülmeye çalışılmaktadır.
Nanokar araştırmacıları tarafından nano boyutlu inorganik toz malzemeler partikül boyutu ve şekli kontrol edilerek geliştirilmektedir. Bu süreçler de sahip olunan bilimsel ve fiziksel alt yapı en etkin şekilde kullanılmaya çalışılmaktadır.
Nano Malzemeler Üretim Yöntemleri
Nanokar araştırmacıları nano toz malzemelerini üretmek için birçok yüksek teknolojik üretim metodunu kullanmaktadır. Araştırmacılarımız tarafından kullanılan başlıca üretim metotları aşağıdaki gibidir:
- Hidrotermal
- Sol-jel
- Kontrollü Çöktürme
Hidrotermal sentez metodu hakkında birçok tanım bulunmasına rağmen Laudise’nin yapmış olduğu tanım en açıklayıcı olanıdır. Laudis’e göre hidrotermal sentez metodu; çevre veya çevre koşullarına yakın şartlarda sulu çözeltiler içerisinde (yüksek basınç ve sıcaklıklar altında) kristallerin büyütülmesidir.
Sol-jel metodunda ise koloidal süspansiyon oluşturma yoluyla inorganik matrislerin üretimi ve bir grup jeli oluşturmak için solün jelleşmesi ve kurutma sonrası bu jelin xerogel (kuru jel) şekline dönüşmesidir. Elde edilen jeller ardından istenilen tane büyüklüklerinde nano malzemelere dönüştürülmektedir.
Kontrollü çöktürme metodunda ise çökme-çözünme diyagramları kullanılarak nano boyutlu üretilmek istenen malzemeler kontrollü şekilde homojen-heterojen çekirdeklenme yardımıyla üretilmektedir.
Nano Malzemeler Karakterizasyon Metotları
Nano malzemeler birçok farklı metot ile karakterize edilmektedir. Nanokar araştırmacıları tarafından nano malzemelerin karakterizasyon işlemleri 5 ana özellik açısından ele alınmaktadır. Her bir özellik yetkinliğimiz dahilinde farklı karakterizasyon cihazları ile her biri konusunda uzman ekibimiz tarafından gerçekleştirilmektedir.
| ÖZELLİK | KULLANILAN METOT |
| Tane boyut ve şekil | Taramalı elektron mikroskobu (SEM) Zeta-Sizer |
| Yüzey alanı ve por çap-hacim dağılımı | Brunauer, Emmet ve Teller metodu (BET) |
| Kimyasal saflık | X ışınları floresans spektroskopisi (XRF) Atomik adsorpsiyon spektroskopisi (AAS) İndüktif olarak eşleştirilmiş kapiler plazma spektrometresi (ICP-OES) |
| Kristal yapı | X ışınları kırınım metodu (XRD) |
Nano Malzemelerin Kullanım Alanları
Gelişen nano teknoloji sayesinde dünya ve gündelik yaşamda kullanılan teknolojik aletler önemli ölçüde gelişmekte ve küçülmektedir. Bugün daha küçük ve efektif elektronik cihazlar kullanabiliyor isek bu nano teknolojinin bize sundukları sayesinde mümkün olmaktadır.
Nano malzemeler birçok endüstriyel alanda etkin şekilde kullanılmaktadır. Bugün kullandığımız birçok cihazda nano teknoloji yaklaşımı benimsenmiş ve nano malzemeler kullanılmıştır.
Nano malzemeler enerji, elektronik, sağlık, savunma sanayi, tekstil, seramik, cam, çevre, gıda v.b. alanlarda kullanılmaktadır. Hayatımızın içerisinde olan nano malzemeler endüstride tekstil alanında kendi kendini temizleyen veya ıslanmayan kumaşlar içerisinde kullanılırken, çevre alanında ise atık suları temizlemek için membran sistemlerinde kullanılmaktadır.
Her endüstri kolu nano malzemeleri keşfetmiş, ürünlerinin yenilikçi ve çığır açan ürünler olması için bu malzemeleri kullanmış-kullanmaktadır.
Her endüstri kolu nano malzemeleri keşfetmiş, ürünlerinin yenilikçi ve çığır açan ürünler olması için bu malzemeleri kullanmış-kullanmaktadır.
Linkler:
Nano Katkılı Polimerler
Masterbatch, plastik sektöründe granüllerden oluşan yarı mamüllere verilen isimdir. Masterbacthler plastik ürünlerin üretiminde hammadde veya taşıyıcı katkılar olarak kullanılmaktadır. Boyutlarının küçük olması sebebiyle hızlıca eriyebilirler ve karışımı kolaylaştırmaktadırlar.
Masterbacthler renklendirici, alev geciktirici, anti-slip, benzeri özellik taşına katkıları polimer ile karıştırılarak masterbarh formunda sektörel üretimler de kullanılmaktadır.
Fakat gelişen nanoteknoloji ile farklı nano tozlar üretilmekte ve bu tozlar antibakteriyellik, iletkenlik, fiziksel ve kimyasal bir çok özellik barındırmaktadır.
Bu sebeple firmamız nano tozlar üzerine çalışmakta , polimer ile nano toz karışımlı masterbacth katkılar üretmektedir.
Üretmiş olduğumuz nano toz katkılı masterbacthler
– Nano Mgo Toz Katkılı,
– Nano Ag+ Toz Katkılı,
– Nano Al2O3 Toz Katkılı,
– Nano Karbon Nanotüp,
– Nano Grafen Oksit Katkılı,
– Nano Grafen Toz Katkılı,
– Nano SiO2 Toz Katkılı,
– Nano ZnO Toz Katkılı,
ABS, PP, GPPS, HDPE, LDPE, Akrilik, EVA, TPE, TPO, TPU, SAN, PVC, PEBA, PC, PMMA, POM masterbatchler
Kullanım Alanları
Elektrikli Aletler: Buzdolabı, çamaşır makinesi, elektrikli ocak, televizyon ve kamera v.b Kimyasallar ve Yapı Malzemeleri: Plastik boru, sıhhi tesisat, küvet, tek parça tuvalet, kamu hizmetleri ve plastik zeminlerde vb. Elektronik Tıp Alanında : Hastaneler, tıbbi aletler, tek kullanımlık eldiven, vb. Nihai Ürünler : Tıraş makinası, hesap makinası, oyuncak, kırtasiye, mobilya ve plastik bardak vb. Otomotiv Alanında : Kapı kolu, çizgi tahtası, direksiyon simidi ve jokey kutusu, vb. Ambalaj Sanayisin de: Plastik şişeler, su kovaları, streç vb.
Detaylı Bilgi İçin: www.nanomasterbacth.com
Nanomalzemeler
Nanoteknoloji günümüzde çok sık duyulan bir terimdir ve giderek tüm sanayi kollarında ve sağlık alanında kullanımı artmakta ve insan hayatındaki sorunlara çözümler sunmaktadır. Nano kelimesi anlamını yunanca olan ve cüce anlamına gelen ‘nanos’ sözcüğünden almaktadır. Nanoparçacıklar büyüklüğü 1 ve 100 nanometre arasında değişen materyallerdir. Bir nanometre metrenin milyarda biridir (Şekil 1). Nanoteknoloji kısaca boyutları milyarda bir olan malzemelerin fiziksel, kimyasal ve biyolojik yapılarını araştıran ve kullanım alanlarıyla ilgilenen disiplinler arası bir alandır [1]. Nanomalzemeler nanoteknolojinin temel taşlarını oluşturlar ve bu boyutta eşsiz optik, manyetik ve elektriksel özellikler taşırlar. Nanoteknolojiyi bu kadar ilginç kılan unsur, malzemelerin bu boyutta makro dünyadan farklı davranmalarıdır. Makro boyuttan nano boyuta geçerken güç/ ağırlık oranı, iletkenlik, optik ve manyetik özellikleri kayda değer biçimde değişmektedir [4].
Şekil 1. Nano ve Mikro Boyutta Doğada Bulunan Yapılar [5]
Nanoteknolojinin Tarihçesi
Nanomalzemeler ilk olarak 1959’da Richard Feynman tarafından ortaya atılmıştır. Feynman, Kaliforniya Teknoloji Üniversitesi’nde verdiği bir derste ilk defa tek tek atomları ayırmaktan ve kontrol etmekten bahsetmiştir. Bu nedenle Feynman nanoteknolojinin babası olarak isimlendirilmiştir. Feynman’ın düşüncesinden yola çıkarak ilerleyen Norio Taniguchi 1974’te ilk olarak ‘nanoteknoloji’ tanımını yapmıştır. Taniguchi nanoteknolojiyi materyalleri tek atom olarak ayırma, birleştirme veya deforme etme olarak tanımlamıştır. 1981de Eric Drexler yazdığı ‘Molecular Engineering: An approach to the development of general capabilities for molecular manipulation’ isimli makale ile moleküler nanoteknolojinin öncüsü olmuştur. Bu çalışmalar 1981’de Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer tarafından bulunan Taramalı Elektron Mikroskobu’nun (TEM) keşfi ile hız kazanmıştır. Bundan beş yıl sonra Atomik Kuvvet Mikroskobunun (AFM) bulunmasıyla tek atom görüntüleri alınmıştır [2].
Boyutlarına Göre Nanomalzemeler
Nanomalzemeler boyutlarına göre dörde ayrılırlar:
• Sıfır Boyutlu Nanomalzemeler (0D),
• Tek Boyutlu Nanomalzemeler (1D),
• İki Boyutlu Nanomalzemeler (2D),
• Üç Boyutlu Nanomalzemeler (3D).
1) Sıfır Boyutlu Nanomalzemeler (0D)
0D nanomalzemeler nanotoz veya nanodispersiyon şeklinde, birbirinden izole halde bulunan malzemelerdir. Günümüzde bu malzemeler çok farklı şekillerde bulunmaktadır ve çeşitli araştırma grupları tarafından sentezlenmektedir. 0D malzemelerden bazıları; homojen parçacık yüzeyleri halinde bulunan kuantum noktalar (quantum dots), nanoküreler (nanospheres), fullerenler, çekirdek (core shell) nanoparçacıkları ve içi boş nanokürelerdir. (hollow nanospheres) Bunların örnekleri Şekil 2’de görülmektedir.
Şekil 2. Sırayla Çekirdek Nanoparçacığı, İçi Boş Nanoküre, Nanoküre ve Nanotüp Tem Görüntüleri
1) Tek Boyutlu Nanomalzemeler (1D)
1D nanomalzemelere örnekler; nanoçubuklar ve nanotüplerdir. Nanotüpler Iijima tarafından bulunmuştur ve günümüzde giderek önem kazanmaktadır. 1D nanomalzemeler nanoelektronik, nanosistem, nanoaygıtlarda ve nanokompozitlerde, alternatif enerji kaynaklarında ve ulusal güvenlik alanlarında oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır.
2) İki Boyutlu Nanomalzemeler (2D)
2D malzemeler nanometrik boyuttaki film ve kaplamalardır. Günümüzde 2D malzemeler giderek önem kazanmakta ve kullanım alanları artmaktadır. 2D malzemelerin keşfi grafen ile başlamıştır ve sonrasında boron nitrür ve molibden disülfit gibi birçok malzeme bulunmuştur.
3) Üç Boyutlu Nanomalzemeler (3D)
3D malzemeler toz yapılı, lifli, çok katmanlı ve polikristal malzemelerdir. Örnekleri; elmas ve grafittir.
Nanomalzemelerin en çok kullanılan çeşitleri grafen ve karbon nanotüplerdir (CNT). Grafen ilk keşfedilen 2D nanomalzemedir. Grafen karbon atomlarının bal peteği yapısında dizildiği çok katmanlı grafit katmanlarının ayrılmış halidir. Grafitin on altıncı yüzyıldan beri bilinen bir malzeme olmasına rağmen grafen 2004’te Andre Geim’ın araştırmaları sonucu bulunmuştur. Grafenin bu kadar çok tercih edilmesinin nedenleri kendine özgü eşsiz özellikleridir. Grafen oldukça hafif, çelikten yüz kat daha sağlam bir malzemedir, elektriksel iletkenliği çok yüksektir, tek katmanlı olduğunda %97 oranında saydamdır ve %20 oranında esnektir. Grafenin bu kadar sağlam olmasının nedeni karbon karbon çift bağlarından oluşan moleküler yapısıdır ve bu bağ doğadaki en sağlam bağlardan biridir. Bu sayede kurşungeçirmez malzemelerde grafen kullanımına sıkça rastlanmaktadır. Grafen oksit ve farklı atomlar katkılanmış grafen de sıkça savunma sanayisinde ve geri dönüştürülebilir enerji kaynaklarında kullanılmaktadır [3].
Karbon nanotüpler (CNT) grafenin katlanmış ve bir tüp halini almış halidir. Tek duvarlı ve çok duvarlı karbon nanotüpler olarak ayrılmaktadır. CNT’lerin kendilerine özgü kristal yapıları sayesinde birçok farklı özellikleri ve kullanım alanları vardır. CNT’ler çok ince çaplarına karşın oldukça uzun olabilirler. CNT’ler hafif ve esnek, elektriksel iletkenliği yüksek ve mekanik dayanıklılığı oldukça fazla olan malzemelerdir. Duvar yapısındaki karbonların dizilimine göre dayanıklılığında ve iletkenliğinde farklılıklar gözlemlenmektedir. CNT’ler hem sağlık sektöründe hem de alternatif enerji kaynaklarında sıkça kullanılmaktadır. İmplant malzemelerinde, biyosensörlerde, enerji kaynaklarında katalizör olarak ve yapay kas yapımında sağlam ve esnek yapıları CNT’leri en uygun adaylardan biri yapmaktadır.
Şekil 3. Grafen, Tek Katmanlı Karbon Nanotüp ve Çok Katmanlı Karbon Nanotüp Molekül Şekilleri
4) Kullanım Alanları
Dünya genelinde 1997 yılında nanoteknolojiye yapılan yatırım 430 milyon Dolar iken 2004 yılında 90 milyar Dolara yükselmiş ve 2020 yılı itibarıyla nanoteknolojinin yıllık 3 trilyon Dolarlık yatırım ile küresel bir endüstri olması öngörülmektedir [6].
Trend teknolojiler arasında hızla etkisini artırmakta olan nanomalzemelerin kulanım alanları (Şekil 4) eksponansiyel olarak artış göstermektedir. Birim ağιrlιk başιna şu andakinden 50 kat daha hafif ve çok daha dayanιklı malzemeler üretilebilecek ve bunlarιn sonucu olarak bu malzemeleri nano ölçekte kuantum bilgi işleme yapan süperbilgisayarlar, çok gizli istihbari ve savunma görevlerinde yer alacak nanorobotlar, beyinsel kapasiteyi artıracak nanohafızalar, kirlilik önleyici nanoparçacιklar olarak tekstil, uzay ve havacιlιk, bilişim, kompozit, elektronik, sağlık gibi çok çeşitli alanlarda kullanmaya başlayacağız [8].
Şekil 4. Nanomalzeme Kullanım Alanları Diyagramı [7]
Sonuç
Nanoteknoloji ve nanomalzemeler (özellikle grafen vb.) Türkiye’nin Sanayide Yüksek Teknoloji Geçiş Programında mutlaka detaylı şekilde ele alınması ve yapılanmaya gidilmesi gereken bir alandır. Gelecekte mesleklerin kayda değer bir bölümü bu alanda oluşacak ve üretim tesisleri bu teknolojiyi ve malzemeleri kullanan endüstrilere dönüşecektir. Bu malzemelerin çevresel ve sağlık faktörleri de ayrıntılı şekilde araştırılmalıdır. Bu malzemelerin ithalinde yaşanabilecek negatif dışsallık sağlayacak unsurları giderecek çalışmalar hayati önem taşıyacaktır.
Kaynaklar:
[1] A. Alagarasi (2011), Introduction to Nanomaterials, Chapter 1, 76
[2] J. E. Hulla, S. C. Sahu, A. W. Hayes (2011), Nanotechnology History and Future, Human and Experimental Toxicology, 34, 12, 1318-1321
[3] R. M. Balleste, C. G. Novarro, J. G. Herrero, F. Zamora, 2D materials: to graphene and beyond, Nanoscale, 2011, 3, 20-30
[4] Rao, C, N, R, Müller, A, Cheetham, A,K, Nanomaterials Chemistry, 18-31, 2007.
[6] Khan , A,S, Nanotechnology: Ethical and Social Implications, CRC Press, 2-5, 2012.
[8] Türkiye Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Kurumu, Ulusal Bilim ve Teknoloji Politikaları 2003-2013 Strateji Belgesi, http://www.tubitak.gov.tr/tubitak_content_files/vizyon2023/Vizyon2023_Strateji_Belgesi.pdf ( Erişim Tarihi: 05/06/2018).
Nano Teknoloji ve Tekstil Endüstrisi
Türk ekonomisinin lokomotifi tekstil endüstrisidir.
Son yılların gözde teknolojisi ve çığır açan uygulama alanları ile nano teknolojiyi, tekstil endüstrisinde kullanıp, ülkemizin ekonomisine ve teknolojisine katkı da bulunabilir miyiz?
Acaba, tekstil üreünlerini atomik veya moleküler yapıda inceleyerek, çok daha etkili tekstil ürünleri tasarlayabilir miyiz?
Bu sorunun cevabı ELBETTE olacaktır.Örneğin, ter tutmayan iç çamaşırları ya da meyve suyu dökülen tişörtlerimizin leke tutmaması, nano teknolojinin tekstil ile birleştirilmesindeki en güzel örneklerindendir.
Tekstil endüstrisi, nano teknoloji kullanarak, çok daha modern ve teknolojik bir döneme adım atmaktadır.Yukarıda verdiğimiz bir kaç tekstil ürünü dışında, nano teknoloji kullanarak bilim kurgu filmlerinde gördüğümüz ürünler de elde edebiliriz.
Örnek vermek gerekirse, kalp atışlarımızı, vücut ısımızı ve kan şeklerimizi düzenli olarak kontrol eden bir tişört üretebilirsek, sağlık ile ilgili kötü bir durumda, tişörtün, kablosuz bir bağlantı ile doktorumuza haberdar etmesi sağlanabilir.Böylece, herhangi bir kritik anda, acil olarak müdahale edilebilir ve birçok hayat kurtarılabilir.Etkileyici değil mi?
Hayal etmek güzeldir.Zaten pek çok teknolojik ürün, hayal sonucu üretilmiyor mu?Nano teknoloji, bu tür ürünlerin tasarlanabilmesi için bize gerekli olan materyalleri sağlamakta.Şu an uçuk gelebilecek bu ürünler, belki 10 15 yıl sonra herkes tarafından kullanılabilecek 🙂
Nano teknoloji, devrimsel bir teknoloji ve henüz anlaşılma seviyesindedir.Nano teknolojinin, tam olarak bilim dallarına girmesi 2025 olarak öngörülüyor ve bu tarihten itibaren, teknolojinin her noktası atomik, moleküler mühendislik altında ele alınacaktır.Tekstil sektörü de, nanometre boyutlardaki ürünleri ile hayatımıza farklı bir tarz getirecektir.
Örnek olarak çorapların üretilmesinde kullanılan ipliğin, gümüş nano parçacıklar ile birleştirilmesi ile, çorağ içerisinde bakteri ve birçok hastalığa yol açan bakterilerin oluşması engellenebilir veya mikropların barınması tamamen durdurulabilir.Buda çorağların kötü kokusunu tamamen kaldırır.Müthiş değil mi?
Ya da, su moleküllerini iten atomik parçacıklar kullanan iplikler ile üretilen giysiler ile ter tutmayan ya da üzerine dökülen sıvıları barındırmasa, hayat daha kolay olmaz mı?
Suyun, 2025 li yıllarda, petrolden değerli olacağı varsayılıyor ise, bu tür ürünler, sudan elektrikten tasarruf etmemizi sağlamaz mı?Hatta çamaşır makinelerini ortadan kaldırmaz mı?
Esnek ve yıkanabilen nano sensörler ve çiplerin, giysi içerisine monte edilmesi ile, giysilerimiz adeta duyacak ve görecektir.Yapay zeka ve diğer bilimsel gelişimler paralelinde, elbiselerimiz çevresel tepkilere cevap verebilecek duruma gelecektir.
Bu örneğin asıl amacı, nano teknolojik ürünlerin, giydiğimiz elbiselere monte edilmesi ile, elbiselere birçok işlev kazandırması ama giyen kişiyi de hiçbir şekilde rahatsız etmemesi.Normal bir tişört ile, mikro çipler monte edilmiş bir tişörtün, kişi üzerinde herhangi bir farka yol açmaması.
SAVUNMA SANAYİNDE NANO TEKNOLOJİ
Son yıllarda yapılan nano teknolojik çalışmalar doğrultusunda, akıllı elbiselerin üretiminde, ümit verici gelişmeler meydana gelmiştir.Kimyasal ve biyolojik etki alanlarını ve insanlara zarar verebilecek diğer maddeler ile dolu bölgeler, elbiseler tarafından fark edilebiliyor.
Nano teknolojinin tekstil ile birleştirilmesi, savunma sanayinde de çığır açan ürünlerin geliştirilmesine neden olmuştur.Yapılan çalışmalar doğrultusunda, savaş alanında yaralanan askerlerin, her türlü bilgilerini ana kumanda merkezine gönderen ve askerin bulunduğu noktaya anında tıbbi ekibi yönlendiren, akıllı elbiseler üretilerek, savunma sanayinde resmen çığır açılmıştır.
Üniformaların, gerektiği noktalarda çok sert bir zırha dönüşebilmesi, savaş alanlarındaki şarapnel parçaların, askere zarar vermesi önlenebiliyor.
SONUÇ
Görüldüğü gibi nano teknoloji, tekstil alanında kullanılarak, inanılması güç ama bir o kadar da etkileyici ürünleri hayatımza kazandırabiliyor.
Şu an için ütopik görünen pek çok tekstil ürünü, nano teknolojinin daha da geliştirilmesi ile hayata geçirilebilecek, insanların kullanımına sunulabilecek.
Belki birçok hayat kurtarılacak, muhtemelen hayatımız çok daha kolay bir hale gelecek.
Ayrıca, suyun ileride, petrolden daha önemli bir hale geleceği düşünülürse, bugün sürekli yıkanan tekstil ürünleri, kir tutmayan ipliklerle üretilerek, bir daha yıkanması ya da temizlenmesi gerekmeyebilir.Böylece, sırf giysilerin yıkanmasına harcanan tonlarca su, susuzluktan belki de hayatını kaybedecek olan insanlara götürülerek, pek çok hayat kurtarılabilir.
Anlaşılacağı üzere, nano teknoloji gelecek için kilit öneme sahip bir teknolojidir.Nano teknolojiyi anlamalı ve bu teknolojiyi kullanarak ürünler elde edecek duruma ülkece gelmeliyiz.Geleceğin bu çok önemli teknolojisi için, yatırımlarımızı şimdiden yapmalı, gerekli altyapıyı kurmalıyız.
Tekstil konusunda bile, ortaya çıkan ürünler, sizi biraz heyecanlandırdı ise, nano teknolojinin diğer bilimsel dallarda da kullanılması sonucu, neler tasarlanabileceğini, doğaya, insanlığa ne kadar faydalı olabileceğini bir kez de siz düşünün…
Eminim, sizin fikirleriniz de en az bizim örneklerimiz kadar heyecan verici olacaktır.
Sevgilerle..
Tıp ve Nano Teknoloji
Nano teknoloji, daha öncede bahsedildiği gibi maddeleri atomik düzeyde inceleyen bir mühendislik alanıdır. Nanometre, metrenin milyarda biridir ve maddeler üzerinde çok daha esnek işlemler yapılmasına izin verir.
Nano teknoloji, birçok bilim dalında kullanılabilmektedir.Her bilim, kendi dalında küçük moleküler yapılar ile muhakkak uğraşır.Bu da nano teknolojinin, doğal olarak tüm bilimsel alanlarda kullanım alanı olduğunu gösterir.
Elektron mikroskobunun bulunması ile birlikte, artık malzeme üretirken malzemeyi oluşturan elementlerin atomları üzerinde çalışmalar yapılarak (atomların diziliş biçimler değiştirilerek) onlara çeşitli şekiller verilmeye başlanmıştır. Günümüzde nano teknoloji yardımıyla maddeyi oluşturan atomların dizilişinde şekillendirmeler yapılabilmektedir. Nano teknoloji; maddenin nanometre ölçeğinde yani moleküler düzeyde denetlenmesi yoluyla gerçekleştirilen işleme, ölçüm, modelleme ve düzenleme gibi çalışmalarla yeni malzeme, cihaz ve sistemlerin tasarlanması ve üretilmesini konu alan bir teknoloji dalıdır.
Maddeler, nanometre ile ölçülen küçük boyutlarda, normalden daha farklı davranabilir.Normalde ışığı ve elektriği iletmeyen maddeler, nano boyutlarda incelendiğinde bunun tam tersi olduğu gözlenebilmektedir.Normalde, sert olmayan bir madde, nano boyutlarda incelendiğinde elmasdan daha sert davranışlarda bulunabilir.Bu tür gözlemler bize şunu gösteriyor ki, maddeler nano boyutlarda incelendiğinde, doğal davranışlardından çok farklı olabiliyorlar.
Nano teknoloji; sadece üç adet atomdan oluşan küçük bir su molekülünden, hemoglobin gibi oksijen taşıyan bir protein molekülüne ya da DNA zincirine kadar çok geniş bir alanı kapsayan yeni bir teknolojidir.
Tıp alanında nano teknoloji kullanılarak, varolan hastalıklara ya da canlı anatomisi hakkında çok daha derin analizler yapmak mümkündür.Şuan ki hastalıkların birçoğunun hücresel ya da daha küçük moleküller bazda incelenmesi, tıpda bir devrim niteliğindedir.
Nano teknoloji ürünleri, beyin damarlarının içerisine, dişin içine, vb. insan vücudu içerisinde her yere yerleştirilebilir. Nano teknoloji ürünü chipler ve özel donanımlar ile canlı organizmalar uzaktan kontrol edilebilir. İnsan saçı içerisine sığabilen özel kablolarla özel bir iletişim sistemi de kurulabilir.
Nano teknoloji sayesinde, çok küçük boyutlarda üretilebilen nano robotlar yapılabilecektir. Günümüzde, nano boyutta fonksiyonel olabilen bu robotları insan kanına verip insan vücudu içerisinde hasarlı organı onarabilecek nano robot teknolojileri ile ilgili proje çalışmaları yapılmaktadır. Beynin kılcal damarları tıkandığında, nano tüpler ile bu tıkanmalar giderilebilecektir. İnsan beyni, içerisinde kimyasallar ve elektronlar bulunan bir yapıda olup beyin hücreleri ararsındaki iletişim nano seviyededir. Beyin damarları içerisinde kan ile hareket eden nano tüpler vasıtasıyla hatasız teşhis ve tedavi yapılabilecektir. Bir tür sinirsel iletişim eksikliğinden kaynaklanan ve genel adı felç olan hastalığa, nano teknolojiyle üretilen yapay kılcal damarlar ile çare bulunacaktır.
Bir süper bilgisayar tarafından kontrol edilen ve vücudumuzun yapay bağışıklık sistemini oluşturacak nano robot ordularının üretilmesiyle nüfuz edilemez bir bağışıklık sistemimiz olacak ve AIDS virüsleri bile size etki edemeyecek. Ana arterlerimizde ve kılcal damarlarımızda gezinen mini robotlar düşünün… Vücudumuza bir defa enjekte edildikten sonra çalışmaya programlanan nano robot sürüleri kan dolaşımı ile istenilen bölgeler gidip hep beraber hasar görmüş bir organı veya dokuyu tamir edebilecek. Tıkanan damarları açabilecek veya hastalıklı hücreleri tahrip edebilecekler. Artık kalp krizi riskinden, enfeksiyona bağlı hastalıklara kadar birçok rahatsızlıktan kurtulacaksınız. Hatta bu mini robotlar vücuda ek bir bağışıklık sistemi bile kazandırabilirler. Hedef hücrelerin özellikleri programlandığında, örneğin vücuda giren herhangi bir virüse saldırabilir ve bünye hastalanmadan virüs istilasını durdurabilirler. Aynı zamanda vücuttaki her bulguyu rapor edip doktorluk da yapabilirler.
Nano teknoloji, ilaç sektöründe de kullanılmaktadır. Vücuda alınan ilaçlar, normalde vücudun her yerine dağılmakta ve gerçek hedefe gitme olasılığı azalmaktadır. Halbuki nano partiküller ile ilacı doğrudan doğruya gitmesini istediğimiz gerçek hedefe gönderebiliriz. Bunu, hedefi vuran nano kurşuna benzetebiliriz. Böylece ilaç doğrudan doğruya hasta bölgeye veya hasta dokuya gönderilebilecektir. Nano tabancalar ile doğrudan hücreye müdahale edilebilecektir. Mevcut yöntemlerle ilaç alımında, vücudun küçük bir bölgesini tedavi etmek için vücudun başka bir yerini zehirlemek gibi bir risk bulunmaktadır ve bu verimsiz bir yöntemdir. Klasik yöntemle ilaç kullanımında, vücudun kritik iç organları, beyin, karaciğer, böbrek vb. zara görebilmektedir. Halbuki nano teknoloji ile yapılan tedavide, ilaç nnao kapsüllere yükleniyor ve bu nano kapsüller şırınga ile sadece hasta bölgeye veriliyor. Sonra da bo nano kapsüller patlatılıyor ve sadece gerekli yerlere ilaç zerkedildikten sonra da bu zararsız nano kapsüller vücuttan dışarı atılıyor. Gelecekte nano biyolojik ürünler gündeme gelecek, suni organ yapımında nano parçalar kullanılacak, anında teşhis koyabilen sağlık tarama araçları yapılabilecektir.
Pek yakın gelecekte, medikal nanoteknoloji alanında bir devrim yaşanacak diyebiliriz… Örneğin sanal olarak hastalıkların önüne geçilebilecek, moleküler seviyede hücreleriniz tamir edilecek ve yaşlanma yavaşlatılacak. 50 yaşındayken kendinizi 25 yaşında hissedeceksiniz.
Modern Nano fabrikasyon Üretim Teknolojisi
Nano teknoloji, günümüzde emekleme çağında olmasına rağmen, oldukça geniş bir alanda kullanılmaya başlandı.
Bunun en güzel örneklerini, bilgisayar işlemcilerini üreten teknoloji devlerinin 45 nm sınırlarını şimdiden aşmaları gösterir.AMD ve INTEL firmaları, ürettiği hesaplama işlemcilerinde, milyonlarca hatta milyarlarca transistör, ufacık chiplerin içerisine gömülebiliyor.
Buraya kadar herşey normal gibi görünsede, klasik üretim teknolojileri, nano teknolojide çok daha küçük boyutlara inmemizi şuan için imkansız kılıyor.
Geleneksel silikon teknolojisinde kullanılan optik litografi yöntemleri bu boyutları içeren aygıtları yapmaktayetersiz kalacaktır. Bu durumda nanoyapıları üretmek için yeni fabrikasyon teknolojilerinin geliştirilmesi gerekmektedir.Optik litografi temelli silikon teknolojisinin 10-15 yıl içersinde yetersiz kalması ile nanoyapılar içeren nanoelektronik temelli tümleşik entegre devrelerin yapımında elektron demet nanolitografi sistemleri kullanılacaktır.
Elektron demet litografisi yöntemi günümüzde nanoyapıların üretiminde en yaygın olarakkullanılan teknolojidir ve ilerde hızla gelişmesi beklenmektedir. Elektron dalga boyunun 0.1-1nmmertebesinde olması sayesinde elektron demetlerini 1nm boyutlarında odaklamak teorik olarakmümkündür. Bu şekilde odaklanmış elektron demeti ile uygun fotorezist malzemeleri kullanaraknanoyapılar yapmak mümkün olmaktadır. Elektron demet nanolitografi sistemleri nanoelektronikdevrelerin üretimi yanında nanofotonik, nanomanyetizma ve diğer şekillendirilmiş nanoyapılar gerektirentüm nanoteknolojilerde önemli bir temel teknoloji olacaktır. Bu nedenle bu tür temel bir teknolojininülkemizde yer alması çok önem taşımaktadır.
Elektron demet nanolitografi teknolojisi, aynı anda tek bir noktayı yazması nedeni ile tümleşik devreyapma konusunda hızı yetersiz kalmaktadır. Bu duruma çare olarak paralel olarak çalışan bir çok elektrondemetinin kullanılması öngörülmektedir. Elektron demet litografisinin yavaşlığına çözüm olarak nanobaskıteknolojisi önemli bir hız avantajına sahip olacaktır. Bu teknolojide master denilen ve elektrondemet litografisi ve reaktif aşındırma yöntemleri ile oluşturulan bir mekanik maske kullanılacaktır. Bumaster daha sonra polimer bir yüzeye bastırılmak yöntemi ile master maskede yazılı bulunan tümayrıntılar kopya edilecektir. Bu şekilde master maske üzerinde bulunan bütün nanoyapılar hızlı bir şekildekopyalanacak ve tümleşik devre yapımı çok hızlanmış olacaktır.
Bu nanofabrikasyon teknolojileri ile nanoyapılara sahip robotlar veya nanorobotlar yapmak mümkündür.Nanorobotlar belirli bir işlemi veya işlemleri çok hassas olarak tekrar edebilen nanomakinelerdir. Dahabüyük boyutlarda olan robotlar gibi nanorobotlar da ikiye ayrılabilir: bağımsız ve böcek nanorobotlar.Bağımsız nanorobotların üzerinde kendi nanobilgisayarları olduğu için kendi başına hareket etme özelliğivardır. Böcek nanorobot ise merkezi bir bilgisayar tarafından kontrol edilen bir nanorobot sürüsünün tekbir elemanıdır. Nanorobotların özellikle tıpta önemli uygulamaları olacaktır. Örneğin kendini yenileyebilenbir grup böcek nanorobot bir hastalığın aşısı olarak davranabilir. Hastalığı oluşturan mikroorganizmalarıtanıyıp yok etmek ile görevli bu nanorobotlar ile daha önce tedavisi olmayan hastalıklara çözümbulunması beklenmektedir.
Dünyada Nano Teknoloji
Nano teknoloji, dünyada hız kesmeden endüstriyle birleştiriliyor ve katlanarak da artacağa benziyor.Dünya teknoloji devleri, nano teknolojik ürünlerini çeşitli fuarda tanıtıyor ve yeni üretim teknolojileri hakkında çeşitli bilimsel konferanslara katılıyorlar.
Malum, klasik üretim teknikleri, nano teknolojinin geliştirilmesi konusunda pek esnek değil.Nano teknolojinin üretimle birleştirilmesi, teknolojiden çok daha fazla verim alınabilmesi, büyük bir oranda yeni tekniklere de bağlı.
Dünya devleri, maddeleri atomik, moleküler boyutda incelemek ve maddelere yeni yetenekler kazandırmanın uanında, bu teknolojinin üretime nasıl geçirileceği konusunda da büyük bütçeler harcamaktadır.
Amerika Birleşik Devletleri, yaptığı açıklamada 2006 yılında üretilen ürünlerden 200 milyar dolar gelir elde edileceğini ve gelecek on yıl içinde de nano teknoloji kullanılarak üretilen ürünlerden 1 trilyon ABD dolarında küresel bir pazar oluşturacağını açıklamıştı.
ABD, nano teknoloji konusunda üniversitelerinde 40 farklı program açmıştır.
Gelin nano teknoloji konusunda araştırma yapan devletlere yakından göz atalım.
AB – Avrupa Birliği
Avrupa Birliği’nin 1994 ve 1998 yılları arasında yürütmüş olduğu 4. Çerçeve programı kapsamında nanoteknoloji alanında araştırma yapan yaklaşık 80 firma desteklenmiş, 1998 ve 2002 yıllarını kapsayan 5. Çerçeve programı kapsamında ise bu alana yapılan destek miktarı yıllık 45 milyon euro civarında olmuştur. Geniş bir yelpazede yapılan destekler arasında nano-elektronik cihazlar, karbon nanotüpler, bio-sensörler, moleküler tanımlama sistemleri, nano-kompozit malzemeler ve yeni mikroskop teknolojileri öne çıkmaktadır.
Asya
Asya ülkeleri içinde nanoteknolojiye yatırım yapan ülkelerin başında Japonya gelmektedir. Japonya dünyada ABD’den sonra nanoteknoloji alanında en fazla Ar-Ge harcaması yapan ikinci ülke konumundadır. Nanoteknoloji üzerine yapılmakta olan yatırımın her yıl %15 ile %20 oranında artmakta olduğu Japonya’da nanoteknoloji tanımı dünyanın geri kalan ülkelerine oranla çok daha geniş kapsamlıdır. Moleküler seviyede yapılan bir çok araştırma (örnek vermek gerekirse, DNA üzerine yapılan araştırmalar) nanoteknoloji tanımı içerisinde yer almaktadır. Ayrıca NEC ve Sumitomo gibi firmalar carbon nanotüpler alanında çalışmalar yürütmekte, araştırmalar gerçekleştirmektedir.
Asya ülkeleri arasında Japonya’yı takip eden ülkeler arasında Çin ve Kore öne çıkmaktadır. Çin ülkede yürütülen nanoteknoloji odaklı bir çok araştırma ve geliştirme çalışmasını Çin Bilimler Akademisi kanalıyla yürütmektedir. Bu ülkede yürütülen çalışmaların bir çoğu yarı iletken üretme teknikleri ve nanoteknoloji tabanlı elektronik cihazlar üzerine yoğunlaşmaktadır. Araştırma merkezlerine ek olarak nanoteknoloji kullanılarak üretilen ürünlerin ticarileşmesine imkan sağlamak amacıyla çalışan bir çok kuruluş bulunmaktadır.
Kore nanoteknolojinin mikro elektronik uygulamaları alanında yoğunlaşmıştır. Nanoteknoloji çalışmalarının sürüdürüldüğü bir çok üniversite ve araştırma merkezi olduğu gibi Kore’nin en büyük şirketlerinden biri olan Samsung mikro elektronik uygulamalar ve mikro elektromekanik sistemler (MEMS) üzerine araştırmalar yürütmektedir.
Tayvan, Singapur, Tayland Hindistan ve Vietnam nanoteknolojiyi öncelikli alan olarak belirlemiş ve uygun çerçeveyi belirlemek için adımlar atmaktadır.
Amerika Birleşik Devletleri
Amerika Birleşik Devletleri’nde 1999 yılında yayınlanan ulusal nanoteknoloji bildirgesi ile ülkenin nano teknoloji alanındaki öncelikleri belirlenmiş ve bu konuda yapılan Ar-Ge çalışmaları için bütçeler ayrılmıştır. 2000 yılında nanoteknoloji alanında yapılan Ar-Ge çalışmalarına hükümet tarafından sağlanan destek 420 milyon dolar civarında iken 2001 yılı bütçesinde bu alana ayrılan pay yaklaşık 520 milyon dolar’a ulaşmış, 2003 yılı için ise yaklaşık 700 milyon dolar olarak belirlenmiştir.
Aralık 2003 tarihinde Başkan Bush 2005 yılından başlayarak 4 yıl süreyle nanoteknoloji alanında gerçekleştirilen araştırma ve geliştirme projelerinde kullanılmak üzere 3.7 milyar dolar tutarında fon ayrılmasını onaylamıştır. Amerika Birleşik Devletleri’nde yürütülen çalışmalar, nano yapılı malzemeler, moleküler elektronik, nanoparçalar, biosensörler ve bioenformatik, quantum bilgisayarlar, ölçüm ve standart geliştirme çalışmaları, nano ölçekte teori, modelleme ve simulasyon, nano robotlar gibi alanlarda yoğunlaşmıştır. Bu çalışmalar Ticaret Departmanı (DOC), Savunma Departmanı (DOD), Enerji Departmanı (DOE), Ulaşım Departmanı (DOT), NASA, Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH) ve Ulusal Bilim Kurumu (NSF) gibi kurumlar tarafından desteklenmektedir.
ABD’de nanoteknoloji üzerine kurulan firmaların sayısı 2002 yılında bir önceki yıla oranla iki kat artmıştır ve bu eğilimin 2004 yılında da tekrar etmesi beklenmektedir.
Güneş Sistemi’nin sınırında bir nesne keşfedildi.
Bilim insanları, güneş sistemimizin sınırlarında gezinen büyük bir nesne keşfetti.
Bilim insanlarının keşfettiği bu nesne, Güneş Sistemi’nin erken dönemlerine ait olabilir ve gezegenlerin bugünkü formuna nasıl kavuştuğuna açıklık getirebilir.
Bilim insanları, çok uzak olmaları ve radyasyondan etkilenmemiş olmaları dolayısıyla bu nesnenin erken güneş sisteminin kalıntısı olabileceğini düşünüyor. Keşfedilen bu nesne sayesinde araştırmacılar, güneş sisteminin bugünkü formunu kazanmadan önce nasıl göründüğünü tespit edebilir.
Grafen Elektronikte Çığır Açtı
Danimarkalı araştırmacılar, sadece grafene dayalı etkili nano elektronikler üretmenin en büyük zorluklarından birini çözdüler: grafen’i elektriksel özellikleri bozmadan nano ölçekli boyutlara ayırmak. Bu, bu tür yapılar için daha önce elde edilenden daha büyük elektrik akımlarına ulaşmalarını sağlar. Çalışma, gelecekteki elektronik cihazlar için gerekli olan kuantum taşınım özelliklerinin 10 nanometre boyutuna kadar ölçeklenmeden hayatta kalabileceğini göstermektedir.
15 yıl boyunca, bilim adamları nano ölçekli elektronikler üretmek için “mucize malzeme” grafenini kullanmaya çalıştılar. Kağıt üzerinde, grafen bunun için harika olmalı: ultra incedir – aslında sadece bir atom kalınlığındadır ve bu nedenle iki boyutludur, elektrik akımını iletmek için mükemmeldir ve gelecekteki daha hızlı elektronik formları için ideal olmalı ve Daha fazla enerji verimlidir. Ek olarak, grafen sınırsız bir tedarikimiz olan karbon atomlarından oluşur.
Teoride, elektroniği, fotoniği veya sensörleri içinde birçok farklı görevi yerine getirmek için basit bir şekilde küçük desenler çizerek değiştirilebilir, çünkü bu temelde kuantum özelliklerini değiştirir. Şaşırtıcı derecede zor olduğu ortaya çıkan bir “basit” görev, transistörlerin ve optoelektronik cihazların yapılması için çok önemli olan bir bant aralığı oluşturmaktır. Bununla birlikte, grafen sadece bir atom kalınlığından dolayı bütün atomlar önemlidir ve modeldeki küçük düzensizlikler bile özelliklerini tahrip edebilir.
Kaynak: Danimarka Üniversitesi
Mikro boyutta partikül ölçümü
0,02 um – 2000 um Aralığında Parçacık Boyutu Ölçümü
Mikronize toz ve toz alaşımlarının elek analizlerini tayin etmek amacı ile kullanılan yöntemdir.
Nano Boyutta Parçacık Ölçümü
Parçacık Boyutu Ölçümü Akışkan bir sıvı içerisinde yüzen veya asılı kala parçacıklar, içinde bulunduğu çözücü moleküllerin bombardımanı ile rastgele hareketi sonucu brown hareketi yaparlar. Dynamic Light Scattering (DLS) tekniği kullanılarak brown hareketinin hızı ölçülür ve parçacık boyutu ile ilişkilendirilir.
Brown hareketinin ölçülebilmesi için akışkanın viskozitesi ve sıcaklığının bilinmesi gerekir. Numune sıcaklığı ile analiz sıcaklığının aynı olması gerekmektedir. Aksi takdirde örnek içinde oluşacak konveksiyon akımı taneciklerin düzensiz olmayan hareketine yol açar. Buda boyut algısını bozar. Partikül boyutu büyüdükçe Brown hareketi yavaşlarken, sıcaklık yükseldikçe Brown hareketi hızlanır. Brown hareketin hızı “difüzyon katsayısı” ile tanımlanır.
DLS ile ölçülen çap değeri bir partikülün bir sıvı içerisinde nasıl hareket ettiğini gösterir. Buna hidrodinamik çap denir. Bu değer, Stokes-Einstein denklemi kullanılarak elde edilir. Elde edilen çap değeri partikülle aynı difüzyon katsayısına sahip kürenin çapıdır. Bu difüzyon katsayısı sadece partikülün esas boyutuna bağlı değildir, aynı zamanda ortamdaki iyonların tipine ve konsantrasyonuna da bağlıdır. Zetapotansiyel ve Mobilite ölçümü Zeta potansiyel, taneler arasındaki itme veya çekme değeri ölçümüdür. Zeta potansiyel ölçümü dağılma mekanizmaları ile ilgili ayrıntılı bilgi verir ve elektrostatik dağılma kontrolünün anahtarıdır.
Belli bir yükteki tane, süspansiyon içerisindeki karşı yükteki iyonları çeker, sonuç olarak, yüklü tanenin yüzeyinde güçlü bir bağ yüzeyi oluşur ve daha sonra da yüklü tanenin yüzeyinden dışa doğru yayılmış bir yüzey oluşur. Yayılmış bu yüzey içersinde kayma yüzeyi diye adlandırılan bir sınır bulunur. Yüklü tane ve onun etrafında bulunan iyonların kayma yüzey sınırına kadar olan kısım tek bir parça olarak hareket eder. Bu kayma yüzeyindeki potansiyel zeta potansiyeli olarak isimlendirilir ve hem tanenin yüzey yapısından hem de içinde bulunduğu sıvının içeriğinden etkilenir. Tanelerin polar sıvılar içerisindeki davranışlarını yüzeylerindeki elektrik yükü değil, zeta potansiyel değerleri belirler.
Uygulama Alanı
• Polimer ve proteinler (küme ölçümleri)
• Nanoparçacıklar • Emülsiyon kararlılığı (Tane boyutu büyüklüğü ve Zeta potansiyel)
• Pigmentler (Pigment rengi ve tonu tane boyutu büyüklüğüne bağlıdır)
• Atık su arıtımı (Atık suyun içindeki tanelerin topaklandırılma koşulları)
• Seramik prosesleri ( Seramik süspansiyonlarının dağılma kalitesi)
• Sıvı mürekkep ve tonerler
