KURŞUN ZİRKONAT TİTANAT – PİEZOELEKTRİK MAL
Kurşun Zirkonat Titanat – Piezoelektrik Malzeme
PZT (kurşun zirkonat titanat), yüksek sıcaklık ve hassasiyet uygulamalarında yaygın olarak kullanılan kristalimsi bir perovskit yapıya sahip piezoelektrik bir seramik malzemedir. PZT tabanlı piezosemikler, mükemmel piezoelektrik özellikler gösterdiği için farklı sensor ve aktüatör tasarımlarında dikkat çekmiştir.
Kurşun zirkonat titanat nano tozlarının / mikron tozlarının özellikleri:
- İletkendir ve sesin alınabildiği geniş bir frekans aralığına (altı-sesli, duyulabilir, ultrasonik) sahiptir.
- Yüksek performanslı düşük tahrik malzemesidir.
- Aktif ve pasif kullanım için yüksek hassasiyete sahiptir.
- Yüksek frekanslı olduğu için hızlı tepki süresine sahiptir.
- Düşük voltajlı veya yüksek voltajlı sürücü devrelerinde kullanılabilir.
- İyi mekanik ve akustik bağlantı oluşturur.
- Özel gereksinimlere ve uygulamalara göre özelleştirilebilen çok çeşitli şekil ve boyutlara sahiptir.
PZT, borular, halkalar, diskler, plakalar ve yarım küre şeklinde hassas bir şekilde boyutlandırılabilen işlenebilir bir seramiktir. Materyal aynı zamanda, aynı şekilde şekillendirilmiş ve sıkıştırılmış olarak, birlikte pişirilen bimorflar ve çok katmanlı aktüatörler dâhil olmak üzere karmaşık bileşenlerle net şekilde şekillendirilebildiği için biçimlendirme açısından de çok yönlüdür. Boyutlar santimetre ila mikron ila nanometre arasında değişmektedir. Elektrot seçenekleri arasında nikel-krom, altın, kalay, alüminyum ve vanadyum yakıtlı gümüş, elektriksiz nikel, püskürtülmüş veya biriktirilmiş vakum bulunur.
Kurşun zirkonat titanat nano taneciklerinin, elektriksel bir şarjla uygulandığında mekanik olarak sıkıştırıldığında veya titreşirken, elektriksel bir yük üretme özelliklerini pasif algılamaya çok elverişlidir. PZT malzemeleri ve genel olarak piezoelektrik malzemeleri benzersiz birçok özelliğe sahiptir. Basitçe, bir piezoelektrik malzeme deforme olursa, piezoelektrik etki olarak bilinen şeyde bir elektrik yükü üretilir. Bu nedenle, bu malzeme, eski bataryanın değiştirilmesinin çok pahalı ya da eşit olduğu gömülü yapısal sağlık izleme (SHM) sistemi ve mikro elektromekanik sistemler (MEMS’ler) gibi modern düşük güçlü cihazların “sınırlı pil ömrü” sorununa çözüm olabilir.
Kurşun zirkonat titanat (PZT) nano tozları kullanımı:
- Medikal ürünler: Doppler kan akımı, onkoloji tedavisi (yüksek yoğunluklu ultrason odaklı), görüntüleme, seviye algılama, intraoperatif oftalmoloji araçları (fakoemülsifikasyon), diş çıkartma, genel cerrahi, doku ablasyonu, ilaç verme, işitme iyileşmesi, kabarcık tespiti
- Denizaltı keşifleri: sonar, fenerler, görüntüleme, akım sayaçları
- Hava-uzay: jiroskoplar, ivmeölçerler, seviye algılama
- Tüketici ürünleri: ultrasonik diş fırçaları, mücevher temizleyicileri, kontakt lens temizleyicileri, bilgisayarlar için sabit diskler, dokunmatik ekranlar, tümleşik, ultra ince hoparlörler ve kozmetik donanım
- Endüstriyel ve ticari: akış ve seviye sensörleri, ultrasonik temizleme, ultrasonik kaynak, izinsiz giriş alarmları, kumaş iğnelerinin konumlandırılması, lehimleme, makine titreşim izleme, kabarcık algılama, gelişmiş kimyasal karışım için sonokimya
- Telekomünikasyon: telekom hatları, sesli alarmlar ve alarmların optik olarak değiştirilmesi, Haptics geri bildirimi, cep telefonu kameraları
- Otomotiv: elektrikli koltuk kontrolleri, ters / çarpışma önleyici sensörler, çarpma önleyici sensörler
- Bilimsel araştırma: nano konumlandırma ve analitik araçlar, mikroskopi tarama, ileri akustik
- Petrol arama: akış ve seviye sensörleri, sondaj aletlerinin aşağı delik takibi
MADENİ PARA HÜCRELERİ İÇİN HİDROLİK KIVIRMA
Madeni Para Hücreleri İçin Hidrolik Kıvırma Makinesi
Hidrolik kıvırma makinesi, bir hortumun en sınırındaki bir bağlantı parçalısıyla birlikte kıvırma veya emniyete almak için üreticileri tarafından tasarlanan ve kullanılan bir makine olarak açıklanabilir. Bu, hem esnek olmayan hem de bükülebilir hortum ve boru parçalarına sahip, bozulabilir metalik armatürlerin eki olarak anlaşılabilir.
Bu, bir kablonun iki ucunun (hortum olarak da adlandırılabilir) bir kısmını kıvırarak veya her iki ucunu birleştirerek yapılır.Teknolojide, bu araçları kullanma gereksinimi olan bireylerin sorununu ortadan kaldıran gelişmeler, modern dünyaya önemli bir avantaj getirmiştir. Tasarlanan modern aletlerin çoğu son derece hafif ve kompakttır (örneğin el hidrolik kıvırma aleti). Bu daha fazla kullanım ve kullanım kolaylığı sağlar. Bu makineler tamamen diğer makinelerden bağımsız olabilirler. Daha hızlı kıvrılma döngüleri ve daha düzenli şekillendirme, tüm işlemlerin son derece verimli yapılmasını sağlar. Günümüzde üretilen makinelerin dayanıklılığı nedeniyle önemli bir zaman tasarrufu elde edilebilir.
Daha önce bahsedilen kullanıcılara sağladığı faydalar, makineye uygulanan (hidrolik makineyi manuel olarak pompalamak için) vücut basınçlarının azaltılması şeklindedir.
Bu, kullanıcılar için oluşacak riskleri hafifletebilir.
Madeni Para Hücreleri İçin Bir Hidrolik Kıvırma Makinesi Nasıl Çalışır?
Genel olarak, hidrolik kıvrım makinelerinin kullanıldığı anlaşılabilir; bir terminalin takılması veya bir elektrik iletkeni ile temasa geçme görevi. Elde kullanılan bir kıvırma aletinin aksine, bu makineler konektörün kapalı yüksekliğinin sabit olması gereken tam bir mekanizma döngüsünde kullanılır. Açıkça görüldüğü üzere, bunlar endüstriyel bir ortamda, örneğin fabrikalarda ve üretim hatlarında (örneğin makine mühendisliği alanı) kullanılmaya hazırdır.
Geleneksel kıvırma aletleri, hem el gücü gerektiriyordu hem de aletin basınçlandırılması için bir elektrik kuvveti kullanması gerektirdiğinden, önemli maliyetleri vardı. Teknolojik gelişmeler, bu makine sistemlerinin bazılarının şarj edilebilir pille çalışabileceğini göstermektedir.
Bu makinelerin fiziksel oranları (yani dikey ölçüm, derinlik ve genişlik), standartlara dayalı kapasite gibi tüm döngünün yapılandırma süresini ve zamanını değiştirebilir. Hortum ve montaj stillerine göre de değişir. Araçlar ve kalıplar, tanımlama ve farklılaşma aracı olarak renkle işaretlenmiştir. İlgili aksesuarlarla birlikte kullanılırlar (örnek: Hidrolik hortum). Hortumlar; sıvı, uyumluluk, fiziksel kuvvet ve ısı yoğunluğu gibi örnekleri de mevcuttur.
Üretim tesislerinde ve büyük sanayilerde (örneğin inşaat endüstrisi, kimya endüstrisi, otomobil endüstrisi ve petrol endüstrisi) kullanılan hidrolik kıvırma makineleri geniştir ve ideal olarak bir konumdan diğerine düzenli olarak taşınmazlar.
Bununla birlikte, modern zamanlarda, madeni para hücreleri gibi bazı endüstrilerde kullanılan kıvırma makineleri daha hafif bir şekilde tasarlanmıştır. Örneğin, madeni para hücreleri için kullanılan hidrolik kıvrım makineleri daha küçük boyutlarda üretilmiştir. Bu, özellikle makinelere uygulanabilecek daha düşük basınç seviyeleriyle mümkün olabilir.
Bu, birkaç genel adım kullanılarak gerçekleştirilir:
Elektrik kaynağının ve performans el kitabında belirtilen diğer ön koşulların yerine getirilmesini sağlamadan önce yeterli aşınma önleyici hidrolik yağlayıcılar kullanılmalıdır.
Uygulanan basıncın ölçüsü, operatör tarafından ölçek üzerinden düzenlenir. Uygulanan basınç, hızlanma olarak bilinir ve skala üzerindeki saat yönünde / saat yönünün tersine ayarlamalar sırasıyla hızlanma seviyelerini azaltır ve arttırır. Açma kalıbındaki dövme basıncının ve normal basıncın daha da düzenlenmesi, yağ silindirinin arkasındaki (iki) düğme ile kontrol edilebilir. Lastik hortumun genişliğine (üzerine basınç uygulanacak) göre, kalıp tabanının üzerine uygun bir kalıp (hem referans tablosu hem de ilgili kilitleme borusu ve kalıbı dikkate alınarak) monte edilmelidir.
Madeni Para Hücrelerinde Hidrolik Kıvırma Makinesi Uygulamaları
Hidrolik kıvırma makinelerinin birçok kullanım türü yukarıda kısaca belirtilmiştir. Bu makinenin uygulamalarından biri de madeni para hücrelerinin kıvrılması içindir. Bu kıvırıcılar tipik olarak, farklı kalıplar kullanılarak değişen boyutlarda olan farklı tipte bozuk para hücrelerini mühürleyebilir. Ek olarak, modern kıvırma makineleri, makineyi çok daha hafif ve daha küçük baskılar için yapan ve işlemleri kolaylaştıran çeşitli özelliklerle özel tasarımlara sahiptir.
Makineler genellikle kalıp setleri ile satılmaktadır.
Kullanıcılar ayrıca tercihlerine göre diğer özel ebatlarda ek kalıp setleri satın alma seçeneğine de sahipler. Basıncı izlemek ve kontrol etmek için göstergelerle yapılır. Kalıpların hassasiyeti ayrıca hatasız kıvrımlara da katkıda bulunacaktır. Ayrıca bazen basınç sınırlarının kontrolü için dahili bir emniyet valfine sahiptir. Bu, hasar olasılığını azaltmaya yardımcı olur. Hasar notunda, bazı makinelerde korozyon önleyici bir iç kısım bulunur ve bu durum bozuk para hücrelerinin kısa devre sonucu zarar görmesini önler. Bazı makinelerde, kıvırma tabanının üzerine yerleştirilmesi gereken alüminyum bir tepsi de bulunur ve bu durum talihsiz yağ sızıntısı olasılığını azaltmaya yardımcı olacaktır.
Bu makineler aynı zamanda sökme amacıyla değerlendirilebilir.
Makineler de genellikle, kullanıcının makineyi sorumsuzca kullanması (uygun olmayan depolama koşulları, yetersiz bakım önlemleri) sonucu, pas gibi deformasyonlar oluşabilir. Bu makinelerin tasarımı aynı zamanda, genellikle önemli düzeyde basınç tutacak şekilde modellenmemiş bir hidrolik pompa ile donatılmıştır.
Hidrolik kıvırma makinalarındaki gelişmeler, ağırlığı (cihazları manuel olarak yönetmek zorunda kalmadan) kullanıcılardan kaldırmıştır ve bundan sonra daha iyi bir sonuç elde edilmesini sağlayacaktır (günlük olarak daha fazla bağlantı). Bu nedenle, göreceli olarak değerli bir yatırım olarak değerlendirilebilir. Bununla birlikte, makineyi uygun aksesuarlarla donatan doğru üreticinin seçilmesinin sağlanması önerilir.
PROMETYUM NEDİR?
Prometyum Nedir?
PROMETYUM
Prometyum, atom numarası 61 olan, periyodik cetvelin 3A grubunda lantanitlerden yapay bir elementtir.
Coryell, Marinsky ve Glendenin 1945’te iyon değiştirme kromatografisinden yararlanarak neodimyumun nötronlarla bombardımanından elde edilen ürünler ve uranyumun bölünme ürünleri üzerindeki deneyleri sonunada prometyum elementinin kimyasal tanısı ortaya çıkarıldı.
Genelde bilimsel araştırma çalışmalarında başvurulan prometyum, element kalınlığı ölçme aletlerinde bir beta kaynağı olarak işlev görmektedir. Işık hücrelerine güç kazandırdığı için bu elementten parlak materyallerin üretiminde de faydalanılır. Uzay araçları ve uydularda ilave ısı kaynağı olarak öne çıkan prometyum, radyasyon ölçüm cihazları, güdümlü füzeler, nükleer bataryalar ve atomik kalp pilleri gibi çeşitli ürünlerde kullanılmaktadır.
Güneş hücrelerinde, prometyumun ışığı yakalayıp elektrik akımına çevirmesi ile nükleer enerji pili gibi kullanılır. Bu pillerde Pm-174 izotopu kullanılır ve pillerin ömrü yaklaşık 5 senedir.
Yardımcı güç sağlayan ısı kaynağı olarak uzay sondaları ve uydularda da prometyum kullanılır.
Prometyumun yaklaşık 30 ayrı bileşiği 1940’lardan günümüze hazırlanmış, prometyumun metalik hali hakkında yeterli bilgi ise henüz bulunmamaktadır
HER SORUNA BİR ÇÖZÜM SUNAN MALZEME: KARBON
Her Soruna Bir Çözüm Sunan Malzeme: Karbon Nanotüp
Karbon nanotüpler kullanılarak mobil esnek telefonlar için esnek piller, karbon nanotüplü işlemciler üretilebilir.
Gürültüsüz elektronik sensör, ışık yayan organik ekran, termoakustik kulaklık gibi ekoteknolojik ürünler artık karbon nanotüpler sayesinde üretilebilir.
Çevresel olarak problemli olan stadyum tarzı ekranlarda kullanılan civa bazlı floresan lambaların yerine, 8000 saatten fazla olması beklenen ömürleri ile nanotüp bazlı lambalar kullanılabilir.
Karbon nanotüpler kapasitörlerde elektrot olarak kullanıldığında daha yüksek akım elde edilmesinde, yüksek çözünürlüklü görüntülemede ve yüzey işlemede de kullanılabilir.
Atomik kuvvet mikroskobu, taramalı tünelleme mikroskobu ve elektrostatik kuvvet mikroskobu gibi mikroskop uçlarında tarama tipi olarak tek duvarlı nanotüpler kullanılabilir.
Karbon nanotüp fiberleri hidrojen depolamaya olanak sağlayan geniş yüzey alanı ile potansiyel enerji depolama malzemesi olabilmektedir.
Karbon nanotüp filtre zehirli kimyasal maddeleri, biyolojik kirleticileri, petrolden de ağır hidrokarbonları ve nano ölçekteki mikropları bile sudan ayrıştırabilir.. Karbon nanotüp filtre sayesinde hem deniz suyundan içme suyu elde edilebilir hem de fakir ülkelerde yaşayan binlerce insana daha temiz su sağlanabilir.
Virüsleri ortaya çıkarmak için nanoelektro-mekanik cihazları kullanılmaya başlanmıştır. Grip virüsü nanotel alan-etki transistörü ile gözlenebilmektedir. Onlarca virüsü aynı anda algılayabilecek cihazlar geliştirilmektedir.
Yumuşak bir doku gibi binlerce kez sıkıştırılıp bırakılsa bile karbon nanotüpler eski şekillerini koruyabilir. Nanotüpler, yapay kas uygulamalarında, sentetik kas ve yüzeylerde desen oluşturmada kullanılabilir.
Karbon nanotüpler protein reseptörleri veya DNA ile etkileşime girerek çok az miktardaki kimyasal maddelerin tespit edilmesinde potansiyel biyosensör olarak enzimler ve diğer redoks proteinleri tespit etmek için ayrıca gaz molekül sensörü olarak da kullanılırlar.
METALLERİN ÖMRÜNÜ ARTIRMAK İÇİN KARBON NANO
Metallerin Ömrünü Artırmak için Karbon Nanotüp Kullanımı
Araştırmacılar nükleer reaktörlerde veya diğer kimyasal çevrede Alüminyum metalinin kullanım ömrünü artırabilmek için Karbon Nanotüp kullanılabileceğini keşfettiler.
Reaktör parçaları, nükleer piller, uzay aracı ve nükleer atık konteyneri gibi farklı alanlarda kullanılan alüminyumun çalışma ömrünün iyileştirilmesi önemli bir önem taşımaktadır. Nükleer reaktörlerde en önemli zorluklardan biri, metallerin ağır radyasyon ortamına maruz kalması sonucunda çatlayıp, kırılması nedeniyle çalışma ömürlerinin sınırlı olmasıdır.
MIT araştırmacıları karbon nanotüpün, düşük sıcaklıklarda kullanılacak olan Al metalinin kullanım ömrünü uzatmada etkili olduğunu gözlemledi. KNT metale düzgün bir şekilde dağıtıldığında, uzun vadedeki radyasyon hasarı, malzemede herhangi bir bozulmaya sebep olmaksızın azaltılabildiği tespit edildi. Bir metal radyasyona maruz kaldığı zaman, He atomları metallerin tane sınırlarında kabarcıklar biçiminde birikip, malzemenin fiziksel ve kimyasal dayanımını düşürmektedir. Az miktardaki karbon nanotüp, metal içerisinde tek boyutlu bir nakliye ağı oluşturarak, He atomlarının tane sınırlarında birikmeden malzemeyi terk etmesini sağlayabilmektedir. MIT bilim adamları tarafından yapılan çalışmalar sonucunda, radyasyona maruz kalmış malzemedeki karbon nanotüp, kimyasal olarak değişime uğrayıp Karbürleri oluşturduğu böylelikle de metalin şeklinde veya yapısında bir değişime sebep olmadığı gözlemlenmiştir. Ayrıca bu durum, malzemedeki nokta kusurlarının azalmasını sağlayarak kırılganlığı düşürülebilmekte ve böylece metalin mekanik performansı az miktarda Karbon Nanotüp ilavesi ile artırılabilmektedir.
Bu çalışmaya ek olarak, araştırmacılar, yüksek sıcaklık reaktörü uygulamaları için önemli olan zirkonyum metali içinde KNT etkisini incelemeyi planlıyorlar.
POLYTETRAFLUOROETHYLENE (PTFE) NANOTOZ
Polytetrafluoroethylene (PTFE) Nanotoz
PTFE(Politetrafloroetilen): Polimerlerin termoplastikler grubuna ait beyaz renkli bir polimerdir. Yüksek korozyon ve ısı direncine sahiptir. Sürtünme katsayısının çok düşük olması PTFE’yi conta, O-ring gibi parçaların üretimi için kullanılan önemli bir malzeme yapmaktadır. Ayrıca diğer polimerler ile birlikte kopolimer, polimer harmanı yapmak için veya özel uygulama alanına sahip kompozitler için takviye malzemesi olarak kullanılır. Hidrofobik bir malzeme olduğu için yüzeyi su tutmaz. Kalıptan ayrılmasının ve şekil vermesinin kolay olması nedeniyle, elektrik kablolarının ve kesilmemiş bantların yalıtımı için kullanılır. PTFE nanotozu şekilde 1 de gösterilmiş olduğu gibi karbon ve florin atomlarının bir araya gelmesi ile oluşur.
TFE Nanotoz Özellikleri:
- Isıl Özellikler: Karbon ve flor atomlarının oluşturmuş olduğu yüksek kristal yapısı nedeniyle yüksek ısıl kararlılığa ve yaklaşık 342 §C’lik bir erime noktasına sahiptir. Bu özelliğinden ötürü diğer polimerlerde mümkün olmayan yüksek sıcaklıklarda şekillendirme işlemleri yapılabilir.
- Kimyasal Özellikler: PTFE nanotozu, karbon ve flor atomları arasındaki güçlü kovalent bağ nedeni ile kimyasal olarak reaksiyona girmeyen bir malzemedir. Yüksek sıcaklıklarda dahi hidroklorik, hidroklorik ve klorosülfonik asitler gibi reaktif maddeler ile tepkime vermez. Organik çözücülerde çözünmez.
- Optik Özellikler: PTFE nanotozu yüksek ışığı yansıtma kapasitesine ve difüzyon katsayısına sahiptir. Bundan dolayı, ışığa maruz kaldığı zaman ultra mordan kızıl ötesi spektrumuna kadar optik özellikleri çok iyidir.
PTFE Üretimi:
Tetrafloroetilen (TFE) monomerlerinin polarizasyonla bir araya gelmesi sonucu PTFE polimeri oluşur. PTFE’nin üretim aşaması aşağıdaki figürde görülmektedir.
TFE’nin Döküm Teknikleri:
PTFE’nin dökümü için yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri kalıplama yöntemidir. Kalıplama yöntemi, sıkıştırma kalıplama, akıtma kalıplama, çıkarma kalıplama ve şişirme kalıplama gibi farklı işlem türlerine sahiptir. Sıkıştırma kalıplama, PTFE’yi dökmek için en yaygın olarak kullanılan yöntemdir.
PTFE’nin dökümü için kullanılan bir başka yöntem harmanlamadır. Harmanlama yöntemi çözelti harmanlama ve eriyik harmanlama olarak iki kategoriye ayrılır.
PTFE Uygulama Alanları:
Sahip olduğu üstün özellikler nedeni ile PTFE birçok endüstri alanında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Otomotiv endüstrisi: Araçların dişli sitemlerinde yağlama amacı ile kullanılır. Yüzey enerjisinin düşük olmasından dolayı kendinden yağlamalı bilyeli yatak olarak kullanılır.
Petrokimya ve enerji endüstrileri: Sürtünme özelliklerinin iyi olması dolayısıyla conta, halka gibi işleme ekipmanlarında fonksiyonel bir malzeme olarak kullanılır.
Kimya Endüstrisi: PTFE, tepkimeye girmeyen bir malzeme olması nedeniyle, kimyasal saldırılara oldukça dirençlidir. Bundan dolayı asit kapları, asit tüpleri, hortumlar ve valfler için kaplama malzemesi olarak kullanılır.
Endüstrilerde kullanımının yanı sıra elektrik ile ilgili uygulamaları da bulunmaktadır. Elektrikli cihazlarda, bileşenlerin boyutuna bakılmaksızın yoğun olarak yalıtım malzemesi olarak kullanılır. Tel yalıtkanı olarak kullanılması çok yaygındır.
GRAFEN UV SENSÖRLERİ
Grafen, sp2’ye bağlı karbon atomlarının mono tabakalarından oluşan iki boyutlu bir nanomalzemedir. Grafen, yarı iletkenler, enerji depolama cihazları ve yüksek oda-sıcaklık hareketliliği ve yüksek termal iletkenlik gibi fiziksel özelliklerinden dolayı sensörler gibi çeşitli potansiyel uygulamalar için hem akademik hem de endüstri alanında büyük dikkat çekti.
Tüm Grafen Uygulamalarını Burada Bulun: 60 Grafen Kullanımı – 2019’da Graphene’nin (Potansiyel) Uygulamalarına İlişkin En Son Rehber
Grafenin Foto Tepkisi ve Grafen Kuantum Noktaları:
Grafen, yapısındaki zayıf ışık emiliminden dolayı düşük foto-yanıt gösterebilse de, bu sorunun üstesinden gelmek için bir seçenek vardır. Neyse ki, yan çapı 100 nm’den az olan bir grafen türü olan Grafen Kuantum Noktaları, kuantum hapsolmasından gelen olağandışı kimyasal, fiziksel, elektronik, optik özelliklere sahiptir. Ayrıca, GQD’lerin sensör uygulamalarında kullanılan geleneksel floresan nanomalzemelere bir alternatif olduğu düşünülmektedir. Ek olarak, DKG’ler çevre dostu ve ümit verici yeşil nanomalzemelerdir. Böylece, GQD’lerin üstün optik ve elektriksel özelliklerini hibrit yapılar oluşturarak grafenin üstün fiziksel özellikleri ile birleştirerek, grafen bazlı UV sensörleri oluşturulabilir.
UV’yi Tespit Etmek Neden Önemli?
Bilindiği gibi, ultraviyole radyasyonun tespitinin optik iletişim, çevresel izleme ve diğerleri gibi hem askeri hem de sivil alanlarda büyük bir önemi vardır. Özellikle, güneşten gelen UV radyasyonu, yaşlanma ve cilt kanseri de dahil olmak üzere çeşitli cilt sorunlarına neden olan serbest radikal kimyasal türler ürettiği için UV izleme önemli bir konudur. Grafen bazlı hibrit malzemelerin kombinasyonu, benzersiz fiziksel özellikler sağlayabilir ve yüksek foto-duyarlılık ve algılayıcılık gösterebilir.
Grafen UV Sensörlerinin Avantajları:
Grafen bazlı UV sensörlerinin diğer UV sensörlerine göre ana avantajı esnek ve şeffaf olmalarıdır. Grafen UV sensörleri, elektrik direncinde önemli bir değişiklik göstermeden olağanüstü şeffaflığa ve üstün mekanik esnekliğe sahiptir. Ek olarak, UV sensörlerinin sentezi düşük maliyetli ve uygulanabilir niteliktedir.
Sonuç olarak, grafen keşfi sayısız uygulamada çok fazla araştırmayı teşvik etmiştir. Grafen ve diğer iki boyutlu malzemeler yeni bir malzeme sınıfının geliştirilmesini sağlamıştır. Grafen sınırlı bir duyarlılığa sahip olsa da, kimyasal işlevsellik ile absorpsiyon arttırılabilir ve duyarlılık geliştirilebilir. Bu gelişmeler, hibrit fotodedektörler oluşturmak için grafen ile diğer materyallerin birleştirilmesiyle başarılır. Grafen ve diğer malzemeler arasındaki arayüzlerin gelişimi, emme katsayısının geliştirilmesine yardımcı olur. Özetle, grafen bazlı fotodedektörler, yeni nesil esnek ve giyilebilir elektronikler için umut vaat eden küçük bir ayak izi sunar. Grafen hakkında daha fazla araştırma, çeşitli alanlarda kullanılan daha verimli cihazlar geliştirmeye yardımcı olacaktır.
GRAFEN İLE ARAŞTIRMA ÇILGINLIĞI BAŞLADI
Grafen teknolojiye yeni değerler katmaya ve tıp, elektrik-elektronik, enerji depolama gibi daha bir çok alanda karşımıza çıkmaya devam ediyor.
Grafenin çekme mukavemeti silikondan iki kat, elektron hareketliliği galyum arsenit ‘ten 100,000 cm/Vs, termal iletkenliği gümüşe göre 10,000 kat daha fazla olması gibi sıra dışı özellikleri sayesinde bu ürün için araştırma çılgınlığı başlamakta.
Elektronik cihazlar artık grafen ile kağıt inceliğinde ve hafif olarak üretilebiliyor.
Günümüzün sorunu olan cihazların şarj tükenme problemi de artık grafen ile çözülebiliyor ve 15 dakikalık şarj bir hafta kullanılabiliyor.
Suya ve gaza dayanıklılığı sayesinde grafen ile yeni nesil su izolasyonuna gerek kalmadan suya dayanıklı cihazlar üretilip, gazların ayrıştırılmasında da grafen kullanılabiliyor.
Vücudunuzla iletişime geçebilme potansiyeli ile grafen biyomekanik ve biyoelektronik alanlarda da yeni bir çığır açıyor.
NANOTEKNOLOJİ VE ENERJİ
Nanoteknoloji ve Enerji
Günümüzde enerji modern yaşamımızın can damarlarından biridir. Buna rağmen, yıllardır insanların temel enerji kaynağı olan fosil yakıtların büyük bir kısmını düşüncesizce tüketmekteyiz. Bu yakıtlara olan bağımlılık ise bizi çevre ve tüketim problemleriyle karşı karşıya getirmektedir. Bu problemler, enerjinin üretimi, nakli ve tüketimi alanlarında yeni yöntemlerin bulunmasını zorunlu kılmaktadır. Yirmi birinci yüzyılda, güvenli ve uzun vadeli enerji kaynaklarının oluşturulması en büyük zorluklardan biridir. Diğer bir zorluk da üretilen enerjinin etkili ve güvenli bir şekilde başka yerlere taşınması ve kullanılabilmesidir. Etkili çözüm yolları sunan yeni teknolojik gelişmeler ile bu gibi zorluklar çözülebilmektedir. Bu noktada nanoteknoloji, enerji problemleri için öngörülen çözümlere kapı açan anahtarı temsil eder. Nanoteknoloji, sıra dışı özelliklere sahip nanomalzemeler sunmaktadır. Bu malzemeler enerji üretimini ve tüketimini değiştirtilebilecek özelliklere sahiptirler.
Nanoteknolojinin enerji sektöründeki olası kullanım alanlarından bahsetmeden önce bu nanomalzemelerden birkaçının nasıl olağanüstü özellikler sergileyebildiklerini görelim.
Son yıllarda akademik araştırmaların ilgi odağı olduğu nanomalzemelerden biri Karbon Nanotüp (CNT) tür. Karbon Nanotüp, Japon bilim adamı Sumio Iijima tarafından 1991 yılında keşfedilmiştir. Çok ince duvarlı olan bu tüpler tek sıra karbon atomundan oluşan bir grafen katmanının silindir şeklinde birleştirilerek elde edilir. Tek Duvarlı Karbon Nanotüp (SWCNT) ve Çok Duvarlı Karbon Nanotüp (MWCNT) olmak üzere iki çeşittir. CNTler olağanüstü dayanım, esneklik, elektrik ve ısıl iletkenlik gibi özelliklere sahiptirler. Bu özellikleri sayesinde, enerji alanlarında kullanımları ile ucuz, kolay ve daha etkili enerji üretim, taşıma ve tüketim metotlarına ulaşılabilmektedir.
2004 yılında keşfedilmiş diğer bir yeni nanomalzeme ise Grafen’dir. Altıgen bal peteği kristal yapısına sahip birbirlerine kovalent bağlarla bağlanmış karbon atomlarından oluşur. Karbon Nanotüp gibi, Grafen de enerji alanında kullanım için önemli olan olağanüstü fiziksel ve kimyasal özellikler göstermektedir. Grafenin enerji sektöründe kullanılması üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmaların bir kısmı elektrik enerjisinin etkili bir şekilde taşınması ve depolanması üzerinde yoğunlaşmaktadır.
Karbon Nanotüp ve Grafenin yanı sıra enerji alanında olağanüstü uygulamalar bulan çeşitli nanoparçacıklar da vardır. Büyüklükleri 1-100 nm arasında değişen nanoparçacıkların yüzey alanları çok geniştir, bu da kimyasal etkinliklerinin artmasına sebep olmaktadır. Ayrıca, mükemmel optik ve iletkenlik özelliklerine sahiptirler. Güneş enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklardan enerji toplanması, nanoparçacıkların yoğun olarak kullanıldığı ana uygulamalardan biridir. Nano boyutlu diğer parçacıklar da sayısız mükemmel özellikler göstermektedir. Nanomalzemelerin kullanım alanlarını şu şekilde özetleyebiliriz; güneş enerjisi, hidrojen teknolojisi, enerji depolama, yakıt hücreleri, enerji taşımacılığı ve enerji tüketimi. İlerleyen yıllarda, nanoteknoloji sayesinde nanomalzemelerin bahsedilen alanlarda kullanımının enerji tüketimini nasıl değiştireceğini uzun vadede göreceğiz.
COVID-19 TEDAVİSİNDE NANOTEKNOLOJİK BAKIŞ
COVID-19 Tedavisinde Nanoteknolojik Bakış
Dünya şimdi, bir buçuk milyondan fazla enfekte ve binlerce resmi olarak doğrulanmış ölüm vakasıyla açıkça ve gizlice ölümcül olan bulaşıcı Koronavirüsün işgali altındadır. COVID-19’un salgının merkez üssünde meydana gelen değişim ve bunun sonucunda dünyanın hemen hemen dört köşesindeki olağanüstü hal durumunun küresel bir salgın olarak ilan edilmesi, dünyadaki çoğu araştırma projesini ve yüksek profilli üniversitelerin sırayla askıya alınmasını zorunlu kılmıştır. Ölümcül salgının yol açtığı aşırı kritik durumu aşmanın en hızlı ve en etkili yolunu bulmak için bilimsel araştırmalar yapılmaktadır. Buna ek olarak, işletmeler rutin ürünlerinin üretimini durdurmuş ve koronavirüsle savaşmak için en temel araçlara yönelik neredeyse büyük talebe cevap vermek için maskeler, alkol, dezenfektan çözeltileri ve jeller üretmeye odaklanmıştır. Önümüzdeki bölümlerde esas olarak, Koronavirüs ailesinden patojenlerin neden olduğu bulaşıcı hastalıkların tedavisinde ve ayrıca yeni COVID-19’u tedavi etmek için potansiyel nanoparçacık bazlı aşıların ve ilaçların tedavisinde kullanılan aşıların oluşturulmasında nanoparçacıkların kullanımı tartışılmaktadır.
Poli- (Laktik-Ko-Glikolik) Nanoparçacıklara Dayalı Aşı
Bugün, bir aşıyı küresel bir ırk olarak bulmak, çoğu hükümet için ilk öncelik ve diğer insanlar için büyük bir endişe olarak kabul edilmektedir. Daha önce MERS-CoV durumunda, güvenli ve etkili profilaktik önlemler sunabilen yeni ve spesifik bir aşı geliştirmek için çağrılar yapıldı. Daha spesifik olarak bu sayıda, STING agonistlerini ve alt birim viral antijeni sağlayabilen poli- (laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) nanopartiküllerinin uygulanmasına dayanan yeni bir aşı geliştirilmiştir. İnterferon genlerinin (STING) uyarıcısı, doğuştan gelen bağışıklık tepkisinde yer alan molekülleri düzenlemekten sorumlu bir sinyal yolunun parçası olarak kabul edilen proteinler ve yeni bir kanser ilacı sınıfıdır. Bu nanoteknolojik aşılama prosedürüne dayanarak, STING agonistleri, sarmal morfolojisi olan kapsid benzeri polimerik nanoparçacıklara gömülür. Bu polimerik nanoparçacıklar, net lokal bağışıklık aktivasyonu ve pH’a duyarlı salım profiline ve ayrıca sistematik reaktojenesiteye sahiptir. Antijenin konjügasyonu üzerine, içi boş polimerik nanoparçacıklar bağışıklık hücreleri ve lenf düğümlerine STING ve antijenlerin dağıtımını kolaylaştırmak için virüse benzer morfoloji sağlar1.
S Protein Nanoparçacıklarına Dayalı Aşı
MERS koronavirüsü tedavi etmek için başka bir aşı, S protein nanopartikülleridir. Bunu yapmak için, Spike proteini nanopartikülleri ve MERS-CoV S genini kodlayan bir rekombinant adenovirüs serotip 5’in alüminyum adjuvan ile etkileşmesine izin verilir. Daha sonra ve heterolog prime-boost aşılama stratejisine dayanarak, aşı MERS-CoV’ye karşı bazı belirli immünoglobulin G’yi indükleyebilir. Bununla birlikte nötrleştirici antikorlar, homolog immünizasyonun yanı sıra, MERS-CoV’ye karşı S protein nanopartikülleri ile heterolog prime-boost immünizasyonu yoluyla indüklenir. Bu durumda Thl hücresinin aktivasyonu, MERS’i kodlayan adenovirüs serotipi 5 ile yapılır. Sonuç olarak, heterolog prime boost, MERS-CoV’e karşı daha uzun süre dayanan bağışıklık tepkilerine yol açabilir2.
Virüs benzeri Parçacık Taklit Nanovesiküllerine Dayalı Aşı
MERS-CoV ile savaşmak için bir aşı oluşturmaya yönelik bu yöntemde, MERS-CoV yapısında bulunan proteinler potansiyel aşıların geliştirilmesi için ipekböceği larvalarında ve Bm5 hücrelerinde enjekte edilir. Başlangıçta zar ötesi sitoplazmik alanlardan (STM) yoksun olan MERS-CoV S proteini, bir bombiksin sinyal peptidi avantajı kullanılarak ipekböceği larvalarının hemolimfine gömülecek şekilde saflaştırılmıştır. Daha sonra saflaştırılmış STM, küçük nanoparçacıklara ve S proteinine girer. Buna ek olarak, STM insan dipeptidil peptidaz 4’e (DPP4) bağlanabilir. S proteinlerinin birlikte ekspresyonu MERS-CoV membran proteini (M), zarf proteini (E) ve hücre dışındaki Bm5 hücrelerinde MERS-Coronavirus benzeri partiküller (MERS-CoV-LP) meydana getirir3.
COVID-19 ile Mücadele İçin Klorokin İçindeki Nanotıp Bilgileri
Son zamanlarda yapılan klinik hücre kültürü çalışmalarından elde edilen sonuçlar, kolorokinin (Chloroquine) (70 yaşındaki sıtma ilacı) potansiyel olarak 2019 koronavirüs hastalığına (COVID-19) karşı etkili bir terapötik ajan olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Türev hidroksilklorokin ile klorokin, sıtmayı ve yaygın otoimmün hastalıkları tedavi etmek için profilaktik bir strateji olarak uygulanacak ucuz ve güvenli bir ilaç olduğu bilinmektedir. Göz hasarının klorokinin uzun vadede en yaygın yan etkisi olduğu belirtilmelidir. Klorokinin anti-viral mekanizmasının hala tartışmalı olduğu bir gerçek var. Bununla birlikte, çalışmalar, hücre kültürü çalışmalarında SARS-CoV ve insan koronavirüs OC43 gibi virüslere karşı etkili terapötik aktiviteye sahip olduğunu göstermektedir. Nanotıpta, klorokin mevcut olduğunda nanopartiküller ile hücre etkileşimlerinin kapsamlı bir görünümünü elde etmek amacıyla hücrelerdeki nanoparçacıkların emilimini araştırmak için klorokin kullanılmıştır. Bu tür etkileşimler, viral replikasyon gerçekleşmeden önce tam olarak erken aşamalarda devam eden mekanizmaları netleştirebilir. Nanotıp, özellikle hücreler koronavirüs (SARS-CoV-2) alımındaki değişiklikler hakkında yeterli bilgi sağlayabilir4. Şekil 1, klorokinin COVID-19’a karşı terapötik etki uyguladığı mekanizmayı gösterir.
Şekil 1. Klorokinin COVID-19’e karşı Şeması 4
Kimyasal olarak konuşursak, klorokin, düşük pH ve kapalı membran ile organellerde kapsüllenen ve asitliklerini değiştiren zayıf bir alkalin ilaç olarak kabul edilir. Memeli hücrelerinde, klorokin tedavisi lizozomların pH artışıyla sonuçlanır. Lizozom füzyonun önlenmesi yoluyla, lizozom, yukarı akış endositik kaçakçılığını, hücre zarından taşınmayı engellemek için trafik sıkışıklığı gibi ardışık bir şekilde engeller. Klorokin antiviral etkisinin viral füzyon ve replikasyonu (pH’a bağımlı olarak kabul edilir) inhibe ederek, viral zarf glikoprotein ile birlikte konak reseptör protein glikosilasyonunu önlediği düşünülmektedir4.
Klorokin Tarafından Nanopartiküller Endositoz İnhibisyonu
Çalışmalar, klorokinin geniş spektrum kalitesine bağlı olarak bazı yerleşik makrofajlar kullanarak nanopartiküller endositozu inhibe ettiğini göstermiştir. İlgili klinik klorokin dozları, çeşitli boyutlarda 14 ila 2600 nm arasında değişen sentetik nanoparçacıkların monodispersitesine ve hücrelerdeki ve farelerdeki mononükleer fagosit içindeki şekillere neden olur. COVID-19’un tedavisinde klorokin mekanizması ile ilgili çalışmalar, klatrin kaplı çukurlarda en yaygın proteinlerden biri olarak kabul edilen fosfatidilinositol bağlayıcı klatrin düzeneği (PICALM) olarak adlandırılan bir proteinin ekspresyonunu reddettiğini ortaya koymaktadır. Taşıyıcı seçimli bir klatrin adaptörü olarak PICALM, endositoz oranını düzenleyen membran eğriliğini algılamaya ve türetmeye çalışır. PICALM tükenmesi nanopartikülleri içselleştirmek için sorumlu baskın yol olarak klatrin aracılı endositozun inhibisyonuna neden olur4. Partikül karakterizasyon tekniklerinden elde edilen verilere dayanarak, koronavirüs (SARS-CoV-2) küre şeklinde olup boyutu 60 ila 140 nm aralığındadır. Bu, klorokinin koronavirüse karşı etkisine aracılık etmek için herhangi bir mekanizmanın, PICALM’i baskıladığı için nanopartikül yapısının klatrin aracılı endositozunu gerçekleştirme yeteneğinde bir azalmaya neden olduğu anlamına gelir.
KORONAVİRÜS AİLESİNİN PATOJENLERİNE KARŞI AL
Koronavirüs Ailesinin Patojenlerine Karşı Altın Nanopartiküller
Ciddi akut solunum sendromu koronavirüsü anlamına gelen SARS-CoV, koronavirüs hastalığından sorumlu SARS CoV-2 2019 (COVID-19) ve Orta Doğu solunum sendromu (MERS-CoV) dahil olmak üzere koronavirüs patojenleri, neredeyse insanlarda hayatı tehdit eden pnömoniye neden olur. ve şu ana kadar lisanslı ve spesifik terapötik aşı bulunamamıştır. Dünya çapında yaklaşık iki milyon enfekte insan ve 140 bin’den fazla ölümle en bulaşıcı ve en ölümcül koronavirüs hastalığı olan COVID-19 durumunda, 70 yaşındaki sıtma ilacı olan chloroquinein, son zamanlarda bazı doğrulanmış terapötik etkilere sahip olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, bazı klinik raporlar COVID-19 hastalarının dörtte birinin kalp hastalığı geliştirdiğini doğrulamıştır. Ayrıca, MERS-CoV ile savaşmak için nanoparçacıklardan yararlanan çeşitli aşılar uygulanmıştır. Terapötik amaçlar için az sayıda antiviral ilaç ve aşı olmasına rağmen, zayıf metabolik stabilite, ciddi olumsuz sağlık etkileri ve düşük antiviral aktiviteler iyileştirici etkilerini büyük ölçüde bozmuştur1. Sonuç olarak, yeni hastalar için pratik ve etkili tedavi geliştirmek için acil bir durum söz konusudur.
Koronavirüs Patojenleri Bağlama ve Füzyon Mekanizması
Koronavirüs ailesinin patojenleri hakkında herhangi bir mekanik tartışmadan önce, içerdikleri proteinlerin moleküler yapısını ve türlerini gözden geçirmek yardımcı olacaktır. Koronavirüsler, tüm virüslerin RNA’ları arasında en büyük olarak kabul edilen 26 ila 32 kilobaz genom içeren zarflı pozitif iplikçikli RNA virüsler ailesindendir. Memeliler ve kuşlar gibi türleri enfekte edebilen çok çeşitli konakçıların yanı sıra gastrointestinal, solunum, hepatik ve merkezi sinir sistemi hastalıkları gibi ciddi sağlık bozuklukları yapmaktadırlar. Koronavirüslerde, spike proteini, konakçı hücrelere nüfuz etmek için kullanılan virüs yüzeyinden çıkan taç benzeri (Latince Corona) yapılar oluşturur. Başak proteinin kendisi S1 ve S2 içerir, burada S1, konakçı hücre reseptörüne ve membran füzyonu için S2’ye bağlanır. Nükleokapsid protein, koronavirüsteki en bol protein ve yüksek derecede immünojenik bir fosfoprotein olarak kabul edilir. Nükleokapsid proteinin neredeyse hiç mutasyona uğramadığı ve teşhis tahlillerinde bir işaretçi olarak kullanılmaktadır2.
Koronavirüs patojenlerinin, sonuçta membran füzyon aracılığı ile hücresel reseptörlere bağlandığı mekanizma, başak (S) proteininin kullanılmasıdır. Artan miktarda çalışma ve deney, enfeksiyona S proteininin dahil olduğunu göstermektedir. Yukarıda verildiği gibi S1 proteinleri, virüs zarfının konak hücre zarı ile füzyonuna aracılık etmek için arka arkaya S2 proteini tetiklemesi ile dipeptidil peptidaz reseptörleri (DPP4) yoluyla konakçı hücrelere bağlanır4. S2 proteininin koronavirüsler tarafından enfeksiyonu düzenlemedeki sansür rolü, inhibisyon fonksiyonunun tedavide güçlü bir teknik olduğunu göstermektedir. Spesifik olarak S2 proteini, heptad tekrarı 1 (HR1), heptad tekrarı 2 (HR2) ve füzyon peptitleri (FP) dahil üç ana alandan oluşur. DPP4’e bağlanan S1 proteinleri yapıldıktan sonra, füzyon peptidi konakçı hücrelerin zarından geçer. Daha sonra, HR1 ve HR2 birbirlerini bükerek 6-sarmal demet (6-HB) adı verilen ve konakçı hücre zarını ve virüsün zarfını birbirine doğru çekmekten sorumlu olan ve füzyonlarını destekleyen sarmal bir yapı oluşturur. Bu füzyon, viral genomun (RNA) konakçı hücreye salınmasına neden olur. Bu mekanizmaya göre, 6 HB oluşumu hücre zarları ile koronavirüs füzyon aracılık kritik bir faktör gibi görünmektedir1.
Şu anda, Spike (S) proteinine karşı en olası strateji, enfeksiyonu nötralize etmek için virüs bağlanmasını ve füzyonunu bloke edebilen antikorlar kullanmaktır. Sonuç olarak, S proteini, bulaşıcı süreci ve replikasyonları baskılamak için bir ilaç veya aşı hedef adayı olarak görülmelidir. Hayvanlar üzerinde yapılan çalışmalar ve deneyler, koronavirüs patojenlerine karşı herhangi bir yetersiz koruyucu bağışıklık sisteminin, vücut enfekte olduğunda akciğerlerde bir eozinofilik immünopatolojiye yol açabileceğini düşündürmektedir3.
SARS-CoV-2, koronavirüs ailesinden yeni ortaya çıkan bir patojen ve nanoteknolojiye dayanan çok az tedavi olduğundan, gelecek çalışmalarda özellikle SARS-CoV ve MERS-CoV’a karşı daha önce geliştirilen altın nanoparçacık bazlı tedavi yöntemlerine odaklanacaktır. Bununla birlikte, geçmiş çalışmaların tam bir incelemesi, araştırmacıların bugün dünya çapında binlerce hayat iddia eden pandemik COVID-19 ile özellikle başa çıkmak için yeni yöntemler geliştirmelerine yardımcı olacaktır.
Koronavirüs Patojenlerinin Saptanması ve İnhibisyonu için Altın Nanoparçacıklar
Kolorimetrik tekniklerin, metalik nanoparçacık ve floresan moleküller gibi bir göstergenin rengindeki değişiklik yoluyla hedef analitleri saptamak ve tanımlamak için etkili araçlar olarak hizmet ettiği gösterilmiştir. Tespit, boya maddesinin belirli bir karakteristik dalga boyunda absorbansını ölçerek görsel gözlem temelinde bir biyobelirteç katılımının veya varlığının onaylanmasını içerir. 2019’un başlarında yapılan yakın tarihli bir çalışmaya dayanarak, pozitif elektrolit olarak magnezyum klorür içinde altın nanoparçacıklar ile kaplanmış veya korumalı çift zincirli DNA (dsDNA) kendinden montajı kullanarak MERS-CoV’yi saptamak için bir tespit platformu olarak bir kolorimetrik test geliştirilmiştir. Bu platform, ultraviyole ve görünür dalga boyu aralığındaki renk altın nanoparçacıklarındaki değişiklik ve yerel yüzeylerindeki Plasmon rezonansındaki (LSPR) kayma ile MERS-CoV’yi tespit edebilir. Buna göre, çift zincirli DNA’nın 5 ′ veya 3 ′ ucundaki bir çift prob, E protein geninin yukarı akışına ve MERS üzerindeki açık okuma çerçevelerine (ORF) sahip tamamlayıcı baz çiftini düzenlemek için tiyol ile tasarlanır ve modifiye edilir. Bu sırayla, problar ve hedeflerin dsDNA’sı, altın nanoparçacıkları optik özelliklerin geçişinden ve kendiliğinden indüklenen agregasyondan korumak için disülfite bağlı uzun kendinden birleştirilmiş bir kompleks oluşturur. Bu kolorimetrik algılama platformu, MERS-CoV 4’ün bir mikro litresi başına 1 ile piko molar (1pM /µL) ayırabilir. Bu platform, yapıdaki benzerliklerle ilgili olarak, bazı modifikasyonlarla SARS-CoV-2 kitlerini geliştirmek için kullanılabilir.
Altın Nanoparçacıkların En Önemli Morfolojilerinden olan Altın Nanoyıldız Hakkında Bilgi Almak İçin Aşağıdaki Blog Yazılarını İnceleyebilirsiniz.
Koronavirüse Karşı Güçlü Bir Antijen Olarak Altın Nanoparçacık Modifiye Spike Proteini
Aynı anda aşılamada bir adjuvan ve bir antijen taşıyıcısı olarak hareket ettiğine inanılan altın nanopartiküller, ultraviyole radyasyonla inaktive edilen SARS-CoV aşısında etkili bir adjuvan olarak kabul edilir. Bu yöntemde, ön testler, fareye, enfeksiyon fare ile uyarlanmış virüs ile yapıldıktan sonra, adjuvan SARS olmadan, 0.5 ug S proteini ile immünize edilerek gerçekleştirildi. Altın nanopartikülleri ile adjuvanlanmış protein, güçlü bir IgG tepkisine yol açar, ancak aşının etkinliğini arttırmaz veya eozinofilik infiltrasyonu durdurur / azaltır. Bu çalışmanın sonuçlarına dayanarak, altın nanoparçacık – adjuvanlanmış S proteini, SARS-CoV’e karşı yükseltilmiş bir antijene spesifik IgG cevabı ile sonuçlanabilir3.
Altın Nanorod Bazlı HR1 Peptit İnhibitörü
Bu yöntemde altın nanorodlardan yararlanılarak, konakçı hücreler ve MERS-CoV arasında HR1 / HR2 aracılı membran füzyonunu önlemek için bir dizi heptad tekrarı 1 (HR1) inhibitörü geliştirilmiştir. Özellikle bu teknikte, MERS-CoV’ye karşı güçlü bir inhibisyon gösterdiği ortaya çıkan peptit gebeliğe bağlı hipertansiyon (PIH), altın nanorodlarla (PIH-AuNR’ler) ek bir teşvik biyouyumluluk sergileyen bir kompleks oluşturduğunda 10 kat daha da güçlenir. ve metabolik kararlılık. Bu kompleks MERS-CoV enfeksiyonu tedavisinde ilaç veya aşı olarak klinik formların geliştirilmesinde kullanılacak potansiyel kalitede yeni bir antiviral aktivite göstermiştir1.
MERS-CoV, SARS-CoV ve yeni SARS-CoV-2 dahil olmak üzere koronavirüs patojenleri arasındaki yapısal benzerlikler ile ilgili olarak, altın nanopartiküller sadece COVID-19’a karşı tedavi stratejisi olarak kullanılamaz, aynı zamanda koronavirüs tasarımına uygulanabilir teşhis kitleri kullanılır. Önceki çalışmalar, altın nanoparçacık uygulamalarının tatmin edici sonuçları kanıtladığından, AuNP tabanlı platformların geliştirilmesine yönelik çalışmalar, dünyanın yaşadığı kritik anlarda bir rahatlama olarak ortaya çıkabilir.
GRAFEN OKSİT DİSPERSİYONU
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 ve 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 ve 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 direnci 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 Sentezi
Genel olarak, Grafen Oksitin sentezlendiği, Brodie, Staudenmair veya Hummer olan üç ana yöntem vardır. Bu yöntemler, grafitin çeşitli seviyelerde oksidasyonu için aynı prensibi temel alır. İlk iki yöntem, grafiti oksitlemek için Potasyum Klorat (KClO3) ile Nitrik Asit (HNO3) ile kimyasal bir reaksiyon gerçekleştirir. Bununla birlikte, Staudenmair yöntemi ile çoklu aşamalarda Klorat eklenir. Prosedürdeki bu fark, grafitin daha fazla oksidasyonuyla sonuçlanır ve bir yan ürün olarak CO2 üretir.
Hummer yöntemi, grafen oksit yapısında daha iyi bir homojenlik sağladığından ve özelliklerde daha düşük bir çeşitlilik aralığı verdiğinden en yaygın kullanılan yöntemdir. Bu yöntem de, önceki reaksiyonlardan farklı iki farklı bileşik kullanır: Potasyum Permanganat (KMn04) ve Sülfürik Asit (H2S04), bu nedenle bu yöntem CO2 kirletici üretmez. Ayrıca, dispersiyonu hazırlamak için, Grafen Oksit su ile karıştırılır.
Suda Grafen Oksitin Dispersiyonu
Grafen oksidin su içinde dispersiyonu, 1 ile 2 katman kristalinin yüksek konsantrasyonuyla kararlı bir yapıdadır. Kompozit malzemelerin hazırlanması gibi farklı uygulamalarda kullanım için uygundur. Grafen Oksit suda kolayca çözünür. Bu, ince bir grafen oksit filminin birikmesinin çok basit bir işlem olmasını sağlar.
Dispersiyonun sekiz temel özelliği aşağıda verilmiştir:
Çözücü: Su
Konsantrasyon: 0,1-4 mg / ml
Hacim: 100/250 ml
Dispersiyon: Polar çözücüler
Grafen Oksit su dispersiyonunun kokusu: Kokmaz
Tek katman içerik (0.1 mg / ml olarak): % 80
Grafen Oksit su dispersiyonunun rengi: Siyah / kahverengi
Grafen Oksit Dispersiyonunun Üç Önemli Uygulaması
1-Grafen Oksit dispersiyonu, plastik, reçine, kauçuk, elyaf kompozitler gibi polimer kompozitleri yapmak , ayrıca lityum iyon pillerin anot ve katot malzemeleri, grafen termal iletken tabakaları, katalizör yükleme ve deniz suyunun saflaştırılması için kullanılır.
2-Süper kapasitörler, kondansatörlere kıyasla büyük miktarda elektrik gücü depolayabilen elektrokimyasal cihazlardır, ancak daha düşük voltajlarda çalışırlar. 2009 yılında, Nanjing Bilim ve Teknoloji Üniversitesi tarafından, grafen oksitle katkılanmış polianilin (PANI) kullanımına dayanarak, grafen oksitle katlanan süper kapasitörler yaratma deneyine maruz kaldıkları bir yayın yayınlandı. PANI uyuşturucu için oksit 531 F / g’ye kadar sonuçlar verdi (Bir cismin kütlesi ile ilişkili olarak enerji depolama kapasitesinin ölçüm birimi)ve bu malzemenin katkısı olmadan sonuç 216 F / g idi. Grafen oksit kullanımı, birim kütle başına direnci katkılama olmadan iki kattan daha fazla arttırır. Buda katkılamanın elektronik endüstrisinde kullanılabileceği anlamına gelir çünkü her zaman kendinden sonra gelen benzer özelliklere sahip bileşenlerin kapladığı alanı azaltmaya çalışır.
3-Bir araştırmacı ekibi, mikrometrik boyutlarda Grafen Oksit tabakalarının birbiri üstünde istiflendiği, 12 santimetreden daha büyük çapta ve yaklaşık 1 ile 100 mikron arasında bir kalınlığa sahip grafen oksit “kağıt” parçalarını ürettiler. Grafen oksidin “kağıdı” güçlü, hafif ve esnektir. Malzemenin ayrı ayrı tabakalar halinde sahip olduğu üstün mekanik özelliklere ek olarak, grafen oksit tabakaları kolaylıkla istiflenebilir, bu da diğer malzemelerin geliştirilmesine zemin hazırlamaktadır.Araştırmacılar, kontrollü geçirgenliğe sahip zar kullanımı ve enerji alanında kullanılması amaçlanan piller veya süper kapasitörler için de grafen oksit kağıdı için çeşitli uygulamaları görmektedirler. Grafen oksit kağıdı ayrıca polimerler, seramikler veya metaller içeren hibrit materyaller oluşturmak için de kullanılabilir; böylece hava taşıtları, otomobiller, binalar ve spor malzemeleri için bileşenler gibi mevcut malzemelerden daha iyi davranış gösterirler.
Grafen oksit dispersiyonunun daha fazla uygulaması genellikle aşağıdaki sektörlerde bulunur:
- 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
Sudaki Grafen Oksit dispersiyonu mükemmel fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikler sunar Belirli şekli olmayan bu malzeme çeşitli atomik, fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklere sahiptir. Bu özellikler, bu malzemenin elektronik alanda çok çeşitli uygulamalara öncülük eden bir dielektrik malzeme olduğunu bilmemizi sağlar; aynı zamanda diğerleri arasında tıbbi-biyolojik alanda çözümler öneren bakterilere zarar verebilecek bir malzemedir.
ALTIN NANOPARÇACIKLARIN SENTEZİNDE YENİ YÖNT
Altın Nanoparçacıkların Sentezinde Yeni Yöntem
Geçtiğimiz yıllarda, grafen nanokompozitler, maddenin fiziksel ve kimyasal özelliklerini arttırma yeteneklerinden dolayı çok dikkat çekmişti. Özellikle grafen /metal nanokompozitler, hem metal hem de grafen nanopartiküllerin benzersiz özellikleriyle birleştirme gibi yeteneklerinden dolayı bunlar arasında fark yaratır. Hibrit malzemelerin üstün sinerjik özellikleri göz önüne alındığında, altın nanopartiküller (AuNP’ler), bu nanokompozitlerin ailesinde yaygın olarak incelenmiştir.
Altın nanopartiküllerin uygulama alanları
AuNP molekülleri, hedef ilaç teslim sistemleri için faydalı moleküllerdir, çünkü toksik olmayan ve non- immünojenik gibi bazı özelliklere sahiptirler. Ayrıca, nano-altın; boyutlarını, şekillerini, yüzeylerini veya bir araya getirme durumunu değiştirerek ayarlanabilen optik ve elektronik özelliklere sahiptir. Bu ayırt edici optoelektronik özelliklerin son araştırmaları ve kullanımları, organik fotovoltaikler, sensör örnekleri, tedavi ajanları, biyolojik ve tıbbi ilaçlar, elektronik iletkenler ve kataliz gibi yüksek teknoloji uygulamalarında görülmüştür.
Altın nanopartiküller nasıl oluşur?
Altın nanopartiküllerin birden fazla yolla hazırlanması mümkündür. Sodyum sitrat ve sodyum borohidrid gibi gereçler kullanılarak kimyasal indirgeme, altın nanopartikülleri hazırlamak için en sık kullanılan yöntemdir. Bununla birlikte, kimyasal yaklaşım olayı, tıpkı zaman ve emek harcanan süreçler gibi çözücü toksisitesinden etkilenir. Kolay, hızlı ve yeşil yapısından dolayı, elektrokimyasal biriktirme, nano-altın üretimi için iyi bir seçenektir, ancak partikül büyüklüğü ve dağılımının homojen olmamasına neden olabilecek mevcut dalgalanma sınırları da vardır. Kimyasal indirgeme ve elektrokimyasal tortulanmasına ek olarak, ısıl tavlamanın da altın nanoparçacıkların üretilme potansiyelini gösterdiği, ancak 600 °C’nin üzerindeki koşullarda birkaç saatlik çalışma için son derece enerji tüketen bir cihaz olduğu görülmüştür. Dolayısıyla, tüm bu sorunların üstesinden gelen yeni bir teknik olarak nano-altının üretimi, hala arzu edilmektedir.
Altın Nanoparçacıkların Sentezinde Yeni Yöntem
Cheng Yang ve arkadaşları 2018’de Fudan Üniversitesi Işık Kaynakları ve Aydınlatma mühendisliği bölümü,argon plazması kullanılarak boyut olarak ayarlanabilen altın nanoparçacıkların / indirgenmiş grafen oksit nanokompozitlerin bir aşamalı sentezi algılama ve katalizdeki uygulamalarının yanında Ar plazması kullanılarak GO ve HAuCl4’ün bir aşamalı çift indirgenmesi, altın nanopartiküllerinin üretimi için bir yaklaşım olduğunu kanıtladı.
Bu çalışma, altın nanopartiküllerin üretimi için yeni, kolay, düşük maliyetli ve ölçeklenebilir bir yönü vurguladı. Böylece endüstriyel uygulama ve Altın Nanopartiküllerin seri üretiminin yolunu açtı.
BOR KARBÜR NANOPARÇACIKLARI: TARİHÇESİ, ÖZEL
Bor Karbür Nanoparçacıkları: Tarihçesi, Özellikleri, Uygulamaları, Üretimi, Depolanması
Bor karbür (B4C) genellikle “Siyah elmas” olarak adlandırılır. Neredeyse elmas kadar sert ve siyah kristalin bir katıdır.1 Karbon atomu ve 4 Bor atomu bileşiği oluşturmaktadır. Grimsi siyah renkli ve genellikle çok sert seramik bir malzemedir. Karbon ve Bor’un, sırasıyla 6 ve 5 gibi atom numaralarına sahip olan periyodik tabloda birbirine bitişik yerleştirildiği belirtilmelidir.
Bor karbür nanoparçacıklarının çapı yaklaşık 40 nm’dir. Sertliği ve nötronlarla benzersiz etkileşimi gibi temel özellikleri nedeniyle birçok endüstride kullanılır. Mühendisler ve araştırmacılar Bor karbür nanoparçacıkları için kapsamlı araştırmalar yaptılar. Bor karbürün mekanik özellikleri, çeşitli uygulamalarda kullanışlı olmasını sağlar. Bu makale Bor Karbür Nanoparçacıklarına, tarihçesine, özelliklerine, üretimine ve farklı sektörlerdeki uygulamalarına odaklanmaktadır.
Bor Karbür Nanopartiküllerinin Tarihi:
B4C, 19. yüzyılda metalik boritleri içeren reaksiyonların bir yan ürünü olarak keşfedildi. 1930’dan sonra çalışmalara ve araştırmalara başlandı.
B4C Nanotoz’un 8 Özelliği:
Bor Karbür Nanopartiküllerinin özellikleri aşağıda ayrıntılı olarak tarif edilmiştir:
1. B4C Nanopartiküllerinin Molar Ağırlığı
Bileşiğin molar ağırlığı 55.255 g / mol iken, yoğunluk 2.52 g / cm3’tür.
2. B4C Nanopartiküllerinin Kristal Yapısı
Kristal yapısı eşkenar dörtgendir. Borik asidin grafit ile 2600 ° C’de tepkimesiyle hazırlanır.
3. B4C Nanopartiküllerinin Partikül Büyüklüğü Dağılımı ve SSA’sı
İnce bir partikül büyüklüğü dağılımı, daha geniş spesifik yüzey alanı ve iyi saflık aralığına sahiptir. Bor karbür Nanopartiküllerin Spesifik Yüzey Alanı 42 m2 / g’den fazladır.
4. B4C Nanopartiküllerinin Erime Noktası
Bor karbür Nanopartiküllerinin erime noktası yaklaşık 2350 ° C’dir.
5. B4C Nanopartiküllerinin Kaynama Noktası
Bor karbür Nanopartiküllerin kaynama noktası yaklaşık 3500 ° C ve sertlik 9.3’e kadar çıkarken, bükülme kuvveti 400 MPa’dan yüksektir.
6. B4C Nanoparçacıkların Reaktivitesi ve Kararlılığı
Bor karbürNanopartikülleralkali veya asit çözeltisi ile reaksiyona girmez. Bileşik genellikle yüksek sıcaklıklara karşı dirençlidir ve oksidasyon önleyici özelliklere, yüksek mukavemet, yüksek sertlik, yüksek ezilme verimi, yüksek elastik modül, iyi bir kendinden yağlama özelliklerine ve daha büyük aşınma direncine sahiptir.
Bor karbür nanoparçacıkları, iyi anti-radyasyon performansı ve mükemmel nötron emme özellikleri ile daha yüksek bir termal nötron yakalama kesitine sahiptir.
7. B4C Nanopartiküllerin Rengi
Bor karbür Nanoparçacıkları genellikle Siyah renkte bulunur.
8. B4C Nanopartiküllerinin Diğer Özellikleri
Saflığı % 99 kadardır.
Bor karbür Nanopartiküllerinin büyüklüğü yaklaşık 50 nm’dir.
Bor Karbür Nanotoz Üretim Süreci:
Bor Karbür nanoparçacıkları, magnezyum diborid’in karbon nanotüplerde termal ayrışmasıyla üretilen borun reaksiyonuyla üretilir. Bor karbür nanoparçacıkların üretimi için optimum sıcaklık 1150 derecedir ve üç saat boyunca vakumda tutulur.Bu üretim yöntemi iyi kristallik verir.
Bor Karbür Nanopartiküllerinin 9 Uygulaması:
1.Bor karbür nanoparçacıkları, farklı sektörlerde, aşağıda verilen çeşitli uygulamalara sahiptir.
2.B4C nanopartikülleri, tank zırhlarının imalatında yaygın olarak kullanılır. Sertlikleri ve düşük yoğunlukları nedeniyle kurşun geçirmez yeleklerde de kullanılır.Nükleer sektörde kontrol çubuğu, kapatma paletleri ve koruyucu kalkan gibi bazı uygulamalarda da kullanılmasının yanı sıra, nötron yakalama özelliklerinden dolayı nötronları tespit etmek için de kullanılırlar. Ayrıca, termal şok direnci ve termal iletkenliklerinden dolayı, nükleer füzyon reaktörlerinde kullanılmaktadır.
3.Ayrıca, Bor Karbür nanoparçacıkları, sertlikleri nedeniyle aletleri kesmek ve taşlamak için çok uygundur. Bor karbürünün nanopartikülleri çok sert ve kararlıdır. Kararlılık nedeniyle alkali asit çözeltileriyle etkileşime girmezler. Bu nanopartiküller ayrıca agresif yapıları nedeniyle alıştırma ve cilalama uygulamalarında da kullanılır. Bor karbür nanopartikülleri, uzun ömürlü radyasyon oluşumu olmadan nötronları emme kapasitesine sahiptir.
4.Bor Karbür Nanopartiküller, kişisel kullanım ve ekipman için seramik zırh uygulamaları,
malzemeyi taşlamak ve cilalamak için aşındırıcı, püskürtme ucu, dielektrik bariyerler için yarı iletken uygulamaları, seramik rulmanlar, nükleer ve tıbbi uygulamalar gibi ileri teknoloji uygulamaları için de önemlidir.
5.Bor karbürün nanoparçacıkları dikkate değer olarak aşınma dirençlerinden dolayı seramik rulmanlar, tel çekme kalıpları ve püskürtme uçları için kullanılır. Bu nanopartiküller zırhlı araçlarda balistik ve mermi tehditlerine karşı korunma amacıyla kullanıma çok uygundur. Bunun nedeni düşük özgül ağırlıkları ve daha yüksek darbe direncidir.
6.Bor karbür nanoparçacıkları ayrıca bıçak araçları gibi farklı malzemeleri kaplamak amacıyla kullanılır. Titanyum alaşımı, alüminyum alaşımı ve paslanmaz çelik gibi farklı alaşımları kesmek için de kullanılabilir. Bu nanopartiküller, Ultra yüksek yoğunluklu disk sürücülerinde ince film yapmak için de kullanılır.
7.Ayrıca, paslanmaz çelikten yapılan aletler, termal şoklara karşı güvenlik için plazma püskürtmeli Bor karbür nanopartiküller kullanılarak kaplanır. Yüksek bor içeriği yüksek refrakterlik ve iyi kimyasal inertlik gösterir.
8.Nano B4C, Havacılık ve Uzay sektöründe de düşük yoğunlukları, yüksek sertlikleri ve düşük termal genleşmeleri nedeniyle Berilyum alaşımlarının yerine kullanılır. Ayrıca plastik matrisleri takviye malzemesi olarak güçlendirmek için de kullanılırlar.
9.Bor karbür nanoparçacıkları ayrıca yüksek sıcaklıktaki elektronik cihazlarda, örneğin termoelastik cihazlarda da uygulamaları mevcuttur. Ayrıca yarı iletken uygulamalarda dielektrik bariyerler olarak kullanılır.
B4C Nanopartiküllerinin Depolanması:
Bor karbürünün nanoparçacıkları genellikle serin ve kuru bir atmosferde depolanır. Nemden dolayı yığınlamadan kaçınmalı ve havaya maruz bırakılmamalıdır. Ayrıca, yüksek basınca maruz kalmamalı ve oksidanlarla etkileşime girmemelidir.
Sonuç
Bor Karbür Nanopartiküller, benzersiz özellikleri nedeniyle farklı sektörlerde birçok uygulamaya sahiptir. Çok sertler ve bu nedenle siyah elmas olarak da adlandırılırlar. Taneciklerin büyüklüğü yaklaşık 40 nm’dir ve 19. yüzyılda bulunmuştur. Bor Karbür Nanoparçacıkların uygulamaları kurşun geçirmez yelekler, zırh araçları, kesme, taşlama, parlatma, nükleer ve tıp sektöründe bulunur. Halen, yenilikçi kullanımlarının daha fazlasını keşfetmek için birçok araştırma yapılmaktadır.
KARBON SİYAHI NANOTOZ: TARİHÇESİ, ÖZELLİKLER
Karbon Siyahı Nanotoz: Tarihçesi, Özellikleri, Kullanım Alanları, Üretim, Kaynaklar
Karbon siyahının nanotozformu iletkendir ve kirletmeye neden olmaz. Karbon Siyahı Nanotozun’un uygulamaları çok yönlüdür. Bunlardan bazıları plastik, elektronik, mürekkepler, kaplamalar ve yeşil teknoloji sektörleridir. Karbon Siyahı ağırlıklı olarak takviye dolgu maddesi olarak ve kauçuk endüstrisinde kullanılır. Yaklaşık olarak otuz adet bu amaç için üretilir. Kauçuk ürünlere geniş bir özellik skalası verir.
Karbon Siyahı Nanotozu Tarihi:
Karbon Siyahı, dizel ve fosil yakıtların eksik yanmasının yanı sıra, yakacak odunun yanması gibi farklı aktiviteler tarafından üretilir. Karbon karası ilk olarak Çin’de kandillerde eksik yanma ile üretildi ve Hint mürekkebinin siyah pigmentini sağlamayı amaçladı. 1912 yılında, lastik takviyesi için olağanüstü nitelikler gösterdi.
Karbon Siyahı Nanotozu Üretim Kapasitesi:
2017 yılında, küresel üretim kapasitesi 16 milyon ton/yıl oldu ve küresel üretim kapasitesi yaklaşık 100 fabrika ile Çin’de% 43, 16 milyon ton/yıl oldu. Avrupa Birliği’nin 2017’de ürettiği rakam 1.890 milyon tonu buldu. Fransa’da 2017’de, Karbon Siyahının üretimi, Ambes tesisindeki operasyonların durdurulmasıyla yıllık üretimi 50.000 ton düşürdü. Çin’in 2017 yılında karbon siyahı ihracatı Tayland’a% 37, Endonezya’ya% 20,% 11 ile Vietnam’a, % 10 ile Japonya’ya ve % 8 ile de Tayvan’a oldu.
Karbon Siyahı Nanotozun Özellikleri:
Karbon siyahı nanotozu, küresel parçacık (10 ila 500 nm) formunda bulunan karbondan (% 98 ila 99.7) oluşur. Özel yüzeyleri 10 ile 300 m2 / g arasındadır. Kullanılan hammaddelere, yanma koşullarına ve ısıl ayrışmaya bağlı olarak birçok karbon siyahı derecesi vardır.
Karbon Siyahı Nanotozu Endüstriyel İmalatı:
KarbonSiyahı, esas olarak Petrol Fırını Siyah işlemi kullanılarak (dünya üretiminin% 98’inde kullanılır) ağır yağ artıklarının yanmaması sonucu üretilir. Reaksiyon, aşırı hava varlığında doğal gazın yandığı bir fırında gerçekleştirilir.Yağ yükü radikal bir şekilde verilir. Sıcaklık 1400 ile 2000 ° C arasındadır ve reaksiyon süresi saniyenin 1/100 ila 1/10’u arasında istenen karartma tipine bağlıdır. Karbon siyahı içeren yanıcı gazları su püskürtülerek hızlı bir şekilde soğutulur ve karbon siyahı süzme işlemi ile geri kazanılır. Örneğin, Orionused 4000 fiberglas sap filtreler, 3 m uzunluğunda ve 15 ila 20 cm çapındadır. Tersine çevrilmiş bir gaz akımı filtreleri dönüşümlü olarak her 2 ila 3 dakikada bir boşaltır. Ağır petrol ücretinin alımı, satış fiyatının% 30’undan fazlasını temsil eder. Üretim birimleri ortalama 75 ton / gün kapasiteye sahip ve tesis başına genellikle 2 ile 5 ünite vardır. Verimler, besleme karbon içeriğinin yaklaşık% 50’sidir.
Ek olarak, asetilenin çatlaması, 2000 ° C’nin üzerindeki sıcaklıklarda en saf karbon siyahlarını verir ve daha iletken bir karaktere sahiptir.
Karbon Siyahı salınımının kaynakları:
Pişirmek amacıyla kullanılan yakacak odun, kömür ve gübrenin eksik yanması.
Araçlarda dizel motorların yanması.
Tarımsal atıkların ve ormanların yakılması.
Fosil yakıtların çıkarılması.
Çöplerin açık havada yakılması.
Karbon siyahı Nanotozunun 6 Kullanımı:
1.7 kg’lık bir lastik, aşınmaya direnç sağlayan 3 kg karbon siyahı içerir. Bir otomobilde (lastikler dahil) yaklaşık 18 kg karbon karası bulunur. Lastikler, hızlı ve arazi araçları için yaklaşık 30 nm karbon siyahı (10 ila 20 nm) kullanır. İnce siyahlar sertlik getirir; daha büyük siyahlar kauçuğun esnekliğini korur. Hali hazırda kısmen çökeltilmiş silika ile rekabet eden yeşil lastiklerin üretiminde karbon siyahı kullanılmaktadır.
2.Büyük baskılar için sıvı mürekkepler (gazeteler) karbon siyahlarının kütlelerinin yaklaşık% 10’unu içerir.Dengelemek için yağ mürekkepleri% 20 ila 30 arasındadır.
3.Otomotiv boyaları, mobilya cilaları ve piyanolar çok ince karbon siyahı nanotozu (10-20 nm) içermektedir.
4.Karbon siyahı (% 1 ila 3 kütle içeriği), plastiklerin ve elastomerlerin UV’ye karşı korunmasını sağlar.
5.Kısmen, asetilen’den elde edilen iletken karbon siyahları (dünya çapında 150.000 ton), tuzlu elektrik pillerinde (40.000 ton / yıl), yüksek gerilim yeraltı kablolarında (60.000 ton / yıl), plastiklerde ve iletken kauçuklarda kullanılır. İletken kablolarda, siyah iletkenler alüminyum şeritlerin kaplamasına dahil edilir ve böylece elektrik alanın eşitlenmesini ve korona etkisinin önlenmesini sağlar.
6.Ayrıca metallere ve hidrokarbona yapışmayan dizel emisyon parçacıkları için model olarak kullanılır.
Kauçuk Endüstrisinde Karbon Siyahı Nanotozu Kullanımı:
Yukarıda belirtildiği gibi, Karbon Siyahı kullanımının çoğunluğu %93 ile Kauçuk Endüstrisindedir. Bu kullanım 2 ana grupta tanımlanabilir: mekanik kauçuk ürünler ve lastikler. Karbon siyahı nanotozu takviye edici özelliklerinden dolayı kauçuk ürünlerinin dayanıklılığı ve performansı arttırılmıştır. Kauçuk sektöründe Karbon siyahı kullanımı N100-N900 siyah seri olarak sınıflandırılmıştır.
Karbon Siyahı Nanotozunun diğer sektörlerde (Plastik, Kaplama, Mürekkep vb.) Kullanımı:
Geri kalan % 7’lik karbon siyahı nanotoz kullanımı, kaplama, mürekkep ve plastik içeren farklı sektörlerdedir. Diğer uygulamalar toner, akü, sızdırmazlık maddesi vb. İle ilgilidir. Bu ürünlerde,Uv ışık koruması, ve karbon siyahı nanotozun iletkenlik özellikleri kullanılır.
Ek olarak, aşağıdaki sektörler aynı zamanda Karbon Siyahı Nanotozun takviye, boyama ve UV koruma özelliklerinden de yararlanmaktadır:
- Havacılık endüstrisi
- Tekne kaplamaları
- Ev Aletleri
- Bilgisayar kasaları
- Mobilya
- elektronik
- Genel sanayi
- Boru kaplamaları
- Donanma endüstrisi
- Otomotiv dışı uygulamalar için kauçuk
- Ambalaj filmleri
Özetle, Karbon Siyahı nanotozu, çeşitli sektörlerde çeşitli önemli kullanımlara sahiptir. Kullanımının büyük bir kısmı kauçuk endüstrisinde, küçük kullanımı ise yukarıda belirtildiği gibi diğer bazı sektörlerde bulunur. Ürün gelecekteki uygulamalar için büyük potansiyele sahiptir.
BAKIR (I) OKSİT (CU2O) VE BAKIR (II) OKSİT (CUO) N
Bakır (I) Oksit (Cu2O) ve Bakır (II) Oksit (CuO) Nanopartikülleri Arasındaki Farklar
Bir d blok elementi olan bakır, elektronik konfigürasyona göre bakır veya bakır II oksit olarak adlandırılır. Bakır (I) oksit ve bakır (II) oksit arasındaki ana fark bakır (I) oksit bakır + 1 katyon, bakır (II) oksit bakır + 2 katyondur. Bakır oksijenle reaksiyona girdiğinde, iki kararlı bileşik Cu20 ve CuO oluşur.
Bakır Oksit, ” bakır (II)oksit” olarak da bilinen CuO formülüne sahip inorganik bileşiktir (Şekil 1). Bu formda Cu, Cu + 2 formundadır ve Cu’nun elektron konfigürasyonu, [Ar] 3d104s1’den [Ar] 3d94s0’a değişir. Mineral olarak tenorit olarak bilinir (Şekil 2). CuO, pirometalurjik işlemler kullanılarak elde edilebilir.
Bakır (I) Oksit, Cu2O formülüne sahip diğer bir Bakır stabil bileşiğidir. Bu formda Cu, Cu + 1 formundadır. Elektron konfigürasyonu [Ar] 3d104s1’den [Ar] 3d104s0’a değişir, böylece bakır (II) okside kıyasla daha kararlıdır. CuO (Şekil 3) genellikle bakırın oksidasyonu yoluyla elde edilir ve sarı veya kırmızı renge sahip olabilir. Cu20, nemli havada CuO’ya dönüşür. Bu ürün toksik bir bileşiktir ve havada 0.22-14mg / mg3 içeriğinde sunulması halinde 1-2 saate maruz kalındığında ani gelişen zehirlenmeye neden olabilir.
Bakır (I) Oksit (CuO) ve Bakır (II) Oksit (Cu2O) Nano Tozları Arasındaki Farklar
Yapı bakımından, bakır oksit, Cu’nın 4 oksijen atomu tarafından koordine edildiği monoklinik bir kristal yapısına sahipken bakır oksit, Cu atomlarının FCC alt düzeneğine yerleştirildiği ve oksijen atomlarının BCC alt düzeneğine yerleştirildiği kübik bir yapıya sahiptir.
Katı Cu20 diamanyetik iken CuO antiferromanyetik düzen gösterir.
Her ikisi de p-tipi yarı iletkenlerdir, ancak Cu2O 2eV’lik bir bant boşluğuna sahipken CuO’nun 1.2 eV – 1.9 eV’lik bir bant boşluğuna sahiptir.
Cu2O bakır metalin oksidasyonu veya sülfür oksit ile bakır (II) çözeltilerinin indirgenmesiyle elde edilirken CuO, cevherlerden bakırın çıkarılmasında kullanılan pirometalurjik işlemlerle elde edilir.
Bakır (II) Oksit (CuO) Nanopartiküllerinin Uygulamaları:
- Ahşap koruyucuların çoğu bakırdan yapılmıştır.
- Ayrıca farklı camlar oluşturmak için pigment olarak da kullanılır.
- Bakır alaşımları ile kaynak yaparken kullanılır.
Bakır (I) Oksit (Cu2O) Nanopartiküllerinin Uygulamaları:
- Bir pigment ve çürüme önleyici kimyasal maddesi olarak kullanılan düşük seviyeli deniz hayvanlarını öldürmek için deniz boyaları oluşturur.
- Gemi dip boyalarının kaplanmasında kullanılır.
PATLAYICILARIN TESPİTİNDE ISPANAK VE KARBON
MIT mühendisleri ıspanak yapraklarından ve Karbon nanotüpden oluşmuş nano-biyonik bitkileri sensörlere transfer ederek patlayıcı maddeleri saptamak için çeşitli çalışmalar gerçekleştirmişlerdir.
Bitkilerin içinde nanoparçacıklar oluşturularak elde edilen nanobiyonik yapılar sıra dışı özellikler gösterebilirler. Bu çalışmada, çeşitli mayın ve patlayıcıların yapısında bulunan nitroaromatik gibi kimyasal maddeleri saptamakta ıspanak bitkisinin yaprakları ile karbon nanotüp kullanılmıştır. Bu kimyasal maddeler yer altı sularına karıştığı zaman, Karbon Nanotüp içeren nanobiyonik bitkiler floresan sinyaller yaymakta ve bu sinyallerde kızılötesi kameraları ile tespit edilebilmektedir. Ayrıca, nanoparçacıkların bitkilere eklenmesi ile bitkinin fotosentez yapma kapasitesi artmakta ve çevreyi kirleten Nitrikoksit gibi kimyasalları belirlemede sensör görevi görmektedir. Bu çalışmada yer alan araştırmacı Strano, bitkilerin çevrelerine dair birçok bilgiye sahip oldukları için çok iyi birer analitik kimyager olduklarını söylemiştir. Araştırma grubu, hidrojen peroksit, patlayıcı TNT ve sarin sinir gazı gibi molekülleri tespiti için Karbon nanotüp çözeltisini bitki yaprağının alt yüzeyine özel bir teknikle uygulamış ve en çok fotosentezin gerçekleştiği mezofil tabakasına sensör yerleştirmiştir. Yeraltı sularında bulunan patlayıcı kimyasalları tespit etmek için, bitki yaprağının üst yüzeyine lazer ışını yansıtmışlar ve buda yapraktaki Karbon nanotüpden kızılötesi ışınların yayılmasını tetiklemiştir. Kızılötesi kamerası yardımıyla da patlayıcıların tespit edilmesi mümkün olmuştur. Bu çalışmanın sağlamış olduğu ek bir özellikte bitkinin büyümesini etkileyen dopamine maddesinin belirlenmesidir.
Bu çalışmadaki araştırmacılar, nanobiyonik yöntemin yaşayan her canlı bitkiye örneğin MIT mühendisleri tarafından çalışılmış Arabidopsis thaliana bitkisine de uygulanabileceğini söylemişlerdir. Devam eden çalışmalarda değişik kimyasallara göre sensörler geliştirilmekte ve uygulamaları araştırılmaktadır.
Özetle, bitkiler topraktaki ve sudaki en ufak bir değişimi anlayabilecek kapasitede canlılardır ve böylece çevredeki değişimleri önceden anlamak ve önlemek için çok etkili birer seçeneklerdir.
İNŞAAT SEKTÖRÜNDE NANOMALZEMELER
Günümüz inşaat sektöründe beton, cam, çelik ve kereste en çok kullanılan yapı malzemeleridir. Nanoteknoloji alanındaki gelişmeler sayesinde nano boyutlardaki maddeler yapı malzemelerinin temelini oluşturan beton veya çelik gibi malzemelerle karıştırılarak yüksek performansa sahip yapı malzemeleri elde edilebilmektedir. Nano boyuttaki malzemeler makro boyuttakilere göre çok farklı özellikler göstermektedir. Örneğin, en önemli nanomalzemelerden biri olan Karbon Nanotüp çelikten yaklaşık olarak 150 kat daha güçlü, 6 kat daha hafiftir.
İnşaat sektöründeki çalışmaların en önemlilerinden biri beton malzemesinin özelliklerini artırmak için nanokompozit araştırmalarıdır. Beton katkı maddesi olarak Nano-Titania (TiO2), Karbon Nanotüp, Nano Silika (SiO2) ve Nano-Alümina (Al2O3) gibi nanomalzemeler kullanılabilmektedir. Bu nanomalzemeler betonun yapısındaki boş alanları doldurarak yapı malzemesinin kuvvetini ve dayanımını artırmaktadır. Ayrıca; beton üretiminde gerçekleşen hidrasyon reaksiyonunun nanomalzemeler sayesinde hızlandığı da birçok çalışmada tespit edilmiştir. Dolayısıyla nanomalzemeler sayesinde gelişmiş özelliklere sahip yeni bir beton kompozit sınıfı açığa çıkmıştır. Karbon Nanotüp, TiO2, SiO2, ZnO, Ag, Al2O3, ZrO2 ve WO3 nanopartikülleri yapı malzemesi olarak kullanım potansiyeline sahip en önemli nano malzemelerdir. İnşaat sektöründe bu maddeler çeşitli amaçlarda kullanılabilir.
- Karbon Nanotüp; asma köprülerin yapımında kullanılan çelik kabloları güçlendirilmede
- Nano Silika; beton kompozitlerinin yoğunluğunu artırmak için
- Karbon Nanofiber; dirençli yapısından dolayı özellikle karlı bölgelerdeki beton yollar için
- Titanya Nanoparçacık; fotokatalitik beton üretmi
- Nano Kalsit parçacıkları; dolgu malzemelerini aşınmadan korumak için
- Nanokil; betonun plastik ve akma özelliklerini geliştirmekte tercih edilebilir.
BOYALAR KENDİ KENDİNİ TEMİZLEYEBİLİR Mİ?
Nanoteknolojinin son yıllarda hızla gelişmesiyle birlikte kendi kendini temizleyen boyalar, su tutmayan yüzeyler , kendiliğinden ısınan kumaşlar gibi pek çok hayat kurtarıcı ürün de hayatımıza girmiş bulunmakta. Şuan kullanılmaya başlanan, gelecek yıllarda tümüyle geleneksel muadillerinin yerini alması beklenen kendi kendini temizleme özelliği bulunan boyaların ise piyasaya hızlı bir giriş yaptığını söylemek mümkün.
Peki bu boyaların kısa zamanda bu kadar tercih edilebilir olmasını ne sağladı?
Gündelik hayatta neredeyse her alanda gördüğümüz boyalı yüzeyler kirletici maddeleri yüzeylerinde tutarlar. Bunun esas sebebi geleneksel boyaların bu maddeleri yüzeylerinden uzaklaştırarak kendilerini temizleme yeteneğine sahip olmayışlarıdır. Nanoteknoloji ise doğadan ilham alarak geleneksel boyaların kendi kendini temizleyen boyalara dönüşmesini sağladı. Bunun ardındaki mekanizmayı basitçe inceleyelim:
Kendi kendini temizleyen boyalar temel olarak suyu itme (hidrofobi) ve suyu çekme (hidrofili) prensiplerine dayanmaktadır. Aynı zamanda yağa karşı dayanım isteniyorsa yağı itme (oleofobi) dediğimiz özellikler de göz önünde bulundurulmaktadır.
Yukarıda saymış olduğumuz tüm bu özellikler bilim insanlarının doğadan ilham almasıyla ortaya çıkmıştır. Lotus yaprakları kendini temizlemesine imkan veren özel bir nano yapıdan oluşmaktadır. Bu yapraklar ultrahidrofobik olup suyu, çamuru, kiri yüzeylerinde barındırmazlar. Lotus çiçeğine benzer pek çok bitki türünün yanında kelebeklerin ve yusufçuk gibi böceklerin kanatları da aynı özellikteki nano yapılara sahiptir. Bu bağlamda kendi kendini temizleyen boyaları daha iyi anlayabilmek için Lotus yapraklarındaki işleyişi incelemek faydalı olacaktır
Pek çok Asya ülkesinde temizliğin sembolü olarak bilinen Lotus, kendini temizleme özelliğini yapraklarının dış yüzeyinde bulunan mikro ve nano yapılarda alır. Bu yapıları, suda çözünmeyen kütin polimeri içeren kütikula tabakasının oluşturduğu belirlenmiştir. Ultrahidrofik olduğunun belirttiğimiz bu yapı, su bitkilerinin ıslanmamasında etkinken kendi kendini temizleyen boyalar için bu uzun süreli temizlik anlamını taşımaktadır. Yaprakların yüzeyine damlayan su , bu tabaka sayesinde yaklaşık 180 derece temas açısı yaparak adhezyon kuvveti için yeterli alanı bulamamakta, böylece yüzeyden yuvarlanırken yaprakların kendini temizlemisini sağlamaktadır. Bu mekanizma Lotus etkisi olarak bilinmektedir.
Doğadan ilham alınarak geliştirilen ilk ileri teknoloji ürünü boya silikon reçine bazlı olanlardır. İçindeki silikon nanoparçacıkları nilüfer yapraklarının yüzeyine benzer yapılar oluşturarak kendi kendini temizleme mekanizmasını aktif hale getirmektedir. Daha sonra bu boyalardan yola çıkılarak, kiremit, cam yüzeylere kaplamalar yapılmış , geçici olarak su geçirmezliği sağlayan spreyler üretilmiştir.
Silikon oksit nanoparçacıklarının sağladığı hidrofobik özelliklerin tam aksine titanyum oksit nanopartikülleri ise yüksek hidrofilik özellikler sağlamaktadır. Bu parçacıkları Lotus efektinden farklı olarak Honda-Fujishima efektine neden olmakta ve yine kendi kendini temizlemeye imkan vermektedir. Bu efekti ise bir başka blog yazımızda ayrıbtılı olarak bulabilirsiniz.
Bilim insanları doğanın da yardımıyla yepyeni gelişmelere adım atmaktadır. Tüm bu gelişmelere ulaşmak için Nanografi Blog sayfasını takipte kalın.
ATIK SULAR İÇİN BOR NİTRÜR NANOPLAKALAR
Günümüz dünyasının belki de en büyük çevre problemlerinden biri milyonlarca litre yağın atık sularımızdan denizlere karışmasıdır. Atık yağları temiz sularımızdan temizlemek için kullanılan klasik yöntemlerin birçoğu pahalı, zaman gerektiren ve güvenilir olmayan yöntemlerden oluşmaktadır. Alternatif olarak Bor Nitrür Nanoplakalar kullanılarak, daha kolay ve hızlı bir şekilde suları atıklardan temizlemek mümkün olabilir. Atık suları temizlenmesinde Bor Nitrür Nanoplakalarının kullanılması kendi kütlesinin 33 katına kadar yağı absorbe edebilmesi ve geri dönüşümlü bir şekilde kullanılabilmesi gibi özelliklerden kaynaklanmaktadır. Bor Nitrür Nanoplakaları yüksek yüzey alanına sahip gözenekli yapılardan oluşmaktadır. Yağ ve boya gibi organik molekülleri içerisinde tutabilen Bor Nitrür Nanoplakalardaki bu gözenekli yapılar sayesinde, atık sulardaki zararlı malzemelerden kurtulmak mümkün olabilmekte. Bor Nitrür Nanoplakaların diğer bir özelliği de tekrar tekrar kullanılabilmesidir. Atık yağları absorbe etmiş Bor Nitrür Nanoplakalar ısıtılıp içindeki yağlar yakıldıktan sonra tekrar kullanım için hazır hale gelebilmekte ve böylelikle daha fazla atık maddeleri içine çekebilmektedir. Ayrıca, Bor Nitrür Nanoplakaları hidrofobi karakterli olduğu için temizleme işleminden sonra kolayca sudan ayrılabilmektedir. Sonuç olarak, gözenekli yapıdaki Bor Nitrür Nanoplakalar su kaynaklarını ve çevreyi temiz tutmak için klasik temizleme yöntemlerine göre kolay, ekonomik ve etkili bir yoldur.
Projelerimizde bize destek olmak istersen Patreon üzerinden aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
