İçindekiler
Dergi Arşivi

Nanoteknoloji ve Kullanım Alanları

Sercan ÖZTÜRK / Sanayi ve Teknoloji Uzman Yardımcısı (Bilim ve Teknoloji Genel Müdürlüğü)

 

“Nano” anlam olarak, bir fiziksel büyüklüğün bir milyarda biri anlamına gelmektedir. Bir nanometre ise metrenin bir milyarda birine eşit bir uzunluk birimidir.[1] Çeşitli ülkeler, nanoteknoloji alanındaki politikalarını belirlediği, yeni girişimler başlattığı dokümanlarında farklı nanoteknoloji tanımları geliştirmişlerdir. Nanoteknoloji, en genel tanımıyla; 1 nanometreyle 100 nanometre arasındaki ölçekte, maddeler üzerinde çalışmaların, deneylerin yapıldığı; kontrolünün sağlandığı; göstermiş olduğu farklı özelliklerin anlaşılmaya çalışıldığı bir bilim, mühendislik ve teknoloji olarak tanımlanmaktadır.[2]

Nanoteknoloji ve nanobilim hakkındaki fikirlerin ve kavramların ilk temelleri, nanoteknoloji kelimesinin kullanılmasından çok önceleri 29 Aralık 1959’da Caltech’te yapılan Amerikan Fizik Toplumu toplantısında Amerikalı bilim insanı Richard Feynman tarafından ortaya atılmıştır. Nanoteknoloji kelimesi ise bu konuşmadan yaklaşık olarak on yıl sonra, Japon bilim insanı Norio Taniguchi tarafından kullanılmıştır. Nanoteknoloji alanındaki çalışmaların başlaması ise 1981 yılında olmuş ve tarama tünelleme mikroskopunun (TTM) icadıyla atomlar bireysel olarak görülebilmiştir.

Nanoteknolojinin 1981 yılında TTM’nin bulunması, maddelerin nano ölçekte görülebilmesi ve incelenebilmesi konusunda kilometre taşı olmuş, bu tarihten sonra nanoteknoloji büyük önem kazanmaya başlamıştır. Maddelerin nano ölçekte boyutuna bağlı olarak kaynama noktasının, elektrik iletkenliğinin, kimyasal reaksiyona girebilme hızının vb. farklılaşması özelliği nanoteknolojinin özgünlüğünü ortaya koyması açısından önemli olmuş ve bilim insanlarının da fazlasıyla dikkatini çekmiştir. Bu araştırıldığında ise sebebinin, kuantum etkisi olduğu anlaşılmıştır. Kütlesel malzemedeki daha büyük parçacıklarla karşılaştırıldığında, nanoparçacıklar tamamen yeni ya da gelişmiş, belirli özelliklere (boyut, dağılım, morfoloji, faz vs.) dayalı olan niteliklere sahiptirler.[3]

Nanoteknoloji gerçek anlamda, sadece tek bir bilim değildir. Nanoteknoloji fizik, kimya, biyoloji, malzeme bilimi ve mühendislik bilimlerini de içinde barındıran disiplinler arası bir bilimdir. Dolayısıyla çok geniş bir alanda nanoteknoloji hakkında çalışmalar yapılmaktadır. Doğada nanoölçekte birçok malzeme bulunur. Termit kulelerinde bulunan iklimlendirme sistemleri, yarasanın çok frekanslı ileticisi, kertenkelelerin ayak parmaklarında bulunan ve tutunmasını sağlayan nano kıllar, kelebeğin kanatlarındaki renk çeşitliliğini sağlayan nanofotonik kristaller nanoölçekte üzerinde çalışılan sistemlere örnektir. Nanoölçekte çalışabilmekteki anahtar nokta, malzemeleri nanoölçekte görebilmek ve manipüle edebilmektir. Bu işlemler de ancak özel mikroskopların bulunmasıyla mümkün olmuştur. TTM’nin icadıyla beraber karbon nanotüpler gibi küçük objeler hareket ettirilebilmiş ve nanoölçekte bazı yeni objeler oluşturulmuştur. Bunun ilk ve en önemli örneği, 11 Kasım 1989’da Don Eigler ve meslektaşları tarafından atomlar kullanılarak oluşturulan şirket logosudur. Don Eigler ve takımı, arka planında bakır atomlarının bulunduğu malzemeye, tam olarak 35 ksenon atomunu hareket ettirerek IBM yazmışlardır.[4]
 

Resim 1: Otuzbeş ksenon atomuyla bakır zemine yazılmış IBM logosu

Nanoteknolojiye büyük yatırımlar yapan ülkelerin, nanoteknolojiden çok büyük beklentilerinin olduğu şüphe götürmez bir gerçektir. Bu teknolojinin insanların hayatını etkileyici bir şekilde değiştireceği ve bu teknoloji sayesinde çığır açan buluşlara imza atılacağı düşünülmektedir. Bu çığır açacak buluşlardan bazıları aşağıda sıralanmıştır:

  • Büyük evrak, kitap, kağıt yığınlarının, bir tane küp şeker büyüklüğündeki cihaza sığdırılabilmesi,
  • Atom ve molekülleri bir araya getirerek, malzeme ve ürünler üretilebilmesi ve böylece çevre kirliliğinin büyük oranda azaltılması,
  • Çelikten on kat daha güçlü fakat çelikten daha hafif malzemeler geliştirerek, daha az yakıt tüketen deniz, kara ve hava taşıtlarının üretilmesi,
  • Bugünkü işletim sistemlerinin çok yavaş gözükmesine sebep olacak, bilgisayarların hızını ve verimliliğini artıracak, çok daha hızlı hafıza kartları ve transistörlerin geliştirilmesi,
  • Nanomühendislikle üretilmiş, sadece birkaç hücre boyutunda olan kanserli hücrelerin teşhisi,
  • Karşılanabilecek ücretlerle, en zararlı kirleticilerin sudan ve havadan temizlenmesi ve güneş panellerinin enerji verimliliğinin iki katına çıkartılmasıdır.[5]

Bu gibi buluşların gerçekleştirilebilmesi için ülkeler; malzeme ve üretim, nanoelektronik ve bilgisayar teknolojileri, tıp ve sağlık, havacılık ve uzay, çevre ve enerji, biyoteknoloji ve ziraat, savunma sanayi alanlarında çalışmalarına başlamışlardır. Örneğin, nanoölçekte üretilmiş cihaz ve sistemlerin kullanılmasıyla alakalı sezgiler, bugünün zahmetli gen dizilimi işlemi ve genin ne işe yaradığının tespiti işlemlerinin, nanoölçekte üretilmiş yüzeyler ve cihazların kullanımıyla çok daha kolay bir şekilde yapılabileceğini söylemektedir. Bireyin genetik yapısının karakterize edilebilmesi kabiliyetinin artırılması, teşhis ve tedavide devrim yaratacaktır. Bunun yanı sıra bir uzay aracını, dünya yörüngesine ve ötesine veya daha önemli görevlerde güneşten daha ileri gönderebilmemiz için, uzay aracına daha fazla yakıt yükleyebilmemiz gerekmektedir. Fakat bunun önündeki en büyük engel uzay aracının kendi yükünün fazla olması ve yakıtta kısıtlamaya gidilmesi mecburiyetidir. Nanoyapılı malzemeler ve cihazlar bu tip sorunların çözümünde hafif, güçlü, sıcaklığa dayanıklı uçak, uzay aracı, uzay istasyonları ve keşif platformlarının tasarımı ve üretimi konusunda kritik öneme sahiptir ve ümit vaat etmektedir.[5]

Kaynakça
[1] Ulusal Nanoteknoloji Strateji Grubu. (2004). Nanobilim ve Nanoteknoloji Stratejileri. Ankara.
[2] Liu, L. (2009). Emerging Nanotechnology Power. Singapore: World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.
[3] Willems, & Wildenberg, v. (2005). Roadmap Report on Nanoparticles. Barselona: NRM.
[4] Nanotechnology 101. (2000). 07 02, 2012 tarihinde Ulusal Nanoteknoloji Girişimi: http://www.nano.gov/nanotech-101/what/seeing-nano.
[5] NSET Subcomittee. (2000). NNI The Initiative and Its Implementation Plan. Washington: Nanoscale Science, Engineering and Technology Subcomittee.