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
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.
