Nanoteknoloji Girişi PDF

NANOTEKNOLOJİ Giriş ‘Nano’ kelimesi Yunanca nannos kelimesinden gelir ve “küçük yaşlı adam veya cüce” demektir. Günümüzde nano, teknik bir ölçü birimi olarak kullanılır. Bir nanometre, metrenin milyarda birine denk gelir. Metre (m) Milimetre (mm) = 10-3 m Mikrometre (mm) = 10...

NANOTEKNOLOJİ Giriş ‘Nano’ kelimesi Yunanca nannos kelimesinden gelir ve “küçük yaşlı adam veya cüce” demektir. Günümüzde nano, teknik bir ölçü birimi olarak kullanılır. Bir nanometre, metrenin milyarda birine denk gelir. Metre (m) Milimetre (mm) = 10-3 m Mikrometre (mm) = 10-6 m Nanometre (nm) = 10-9 m Pikometre (pm) = 10-12 m Femtometre (fm) = 10-15 m Deb Newberry  Niçin Küçük Daha İyidir? Hafif Ucuz Daha fazla enerji verimi Çok küçük aralıklarda değişik özellikler  NANOTEKNOLOJİ ve NANOBİLİM Nanobilim; madde özelliklerinin makroskopik ölçekten tamamen farklı olduğu atomik, moleküler ve makromoleküler ölçekte (nanoölçekte) ortaya çıkan birçok özel, yeni ve yararlı olay ve özelliklerin incelenmesidir. Nanoteknoloji; Nanometre ölçeğindeki (1-100 nm) fiziksel, kimyasal ve biyolojik olayların kontrolü ve üretimi amacıyla, fonksiyonel materyallerin, cihazların ve sistemlerin geliştirilmesidir.  Richard Feynman, 1959 yılındaki There’s Plenty of Room at the Bottom başlıklı konuşmasında ilk kez nano ölçekteki yapıların farklı fiziksel özelliklere sahip olduğunu vurgulayarak, bilim insanlarının dikkatini nanometre boyutlarına çekti.  Nanoteknoloji, terim olarak 1974 yılında Tokyo Üniversitesi’nden Prof. Norio Taniguchi tarafından ileri sürüldü ve ‘’Nanoteknoloji, ana olarak materyallerdeki tek atom ve tek molekül sistemlerinin başlı başına ayrılması, takviye edilmesi veya bozunması prosesidir’’ diye tanımlandı.  Kaliforniya'daki Foresight Enstitüsü Başkanı Dr. Eric Drexler, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü‘ndeki (MIT) eğitimi sırasında, biyolojik sistemlerden esinlenerek molekülsel makineler yapılabileceğini önerdi ve nanoteknoloji kelimesini ilk kez ortaya çıkardı. 1980-1986 yıllarında Nanoteknoloji üzerine ilk kitabı yazdı ve ilk dersi verdi. (Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. )  1985 yılında Richard Smalley ve arkadaşlarının yeni bir karbon formu olan (Fullerenes) bulması ile nanoteknoloji büyük bir hızla gelişmiştir. Nano-ölçek seviyesinde malzemelerin özellikleri makroskopik ölçekten tamamen farklı olup nano-ölçeğe yaklaştıkça birçok özel ve yararlı olay ve yeni özellikler ortaya çıkmaktadır. Örneğin,  İletim özellikleri (momentum, enerji ve kütle) artık sürekli olarak değil ancak kesikli olarak tarif edilmektedir.  Benzer olarak, optik, elektronik, manyetik ve kimyasal davranışlar klasik değil kuantum olarak tanımlanmaktadır.  Maddeyi nanometre seviyesinde işleyerek ve ortaya çıkan değişik özellikleri kullanarak, yeni teknolojik nano-ölçekte aygıtlar ve malzemeler yapmak mümkün olmuştur.  Nanobilim ve nanoteknoloji çok çeşitli alanlarda hızla yaşamımıza girmektedir. Bu etki:  bilişim ve haberleşme  savunma sanayi  uzay ve uçak teknolojileri  moleküler biyoloji ve gen mühendisliğine kadar uzanmaktadır.  C60 (Buckeyball) Smalley, Curl, Kroto Graphite Diamond 1996 Nobel Prize Carbon Nanotubes Sumio Iijima - 1991  Uygulama Alanları Malzeme ve İmalat Sanayi Nano Elektronik ve Bilgisayar Teknolojileri Tıp, İlaç ve Sağlık Sektörü Havacılık ve Uzay Araştırmaları Çevre ve Enerji Biyoteknoloji ve Tarım Savunma Sanayi  Nanotüplerin kullanıldığı Babolat raket ve nanomalzemeleri kullanan Wilson Double Core tenis topları Kozmetikte kullanılan L’Oreal nano kapsüller Titanium Dioxide nanoparçacıklar kullanan Nucelle güneş koruma kremi  Evident Technologies tarafından geliştirilen ve tıbbi görüntüleme alanında kullanılan Evidots kimyasalları,  Nanofilm tarafından geliştirilen nanokaplamaları kullanan Maui Jim güneş gözlükleri,  Kodak ColorLast' inkjet yazıcı kağıdı,  Gümüş nanopartikülleri içeren ve ayak kokusunu önleyen SoleFresh çoraplar,  Nanoteknolojik tabanlı kumaşlar özel polimerler sayesinde terin emilip vücudun kuru kalmasını sağlayan, su tutmayan giysiler üreten Nanotex ürünler Nanoteknolojik ışık kaynağı☺!!! Bilkent Üniversitesi Fen Fakültesi, Fizik Bölümü ve DPT destekli Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezinde, Taramalı Uç Mikrokopisi(TUM) Grubundaki doktora öğrencileri dünyanın en küçük Türk Bayrağını çizdiler.  Kimya, fizik, malzeme bilimi ve moleküler biyolojiyle uğraşan bilim insanları, bu alandan kendilerine pay biçiyorlar. Bu durum, nanoteknolojiyi psikiyatristlerin hastalarına tanı koyabilmek için kullandıkları mürekkep lekelerine benzer kılıyor. Yani bu alana neyin girdiği, soruyu kime sorduğunuza bağlı. ?  İLK ADIMLAR Nanoteknoloji her neyse, onu bugün bulunduğu noktaya getiren ilerlemelerin başlangıcı olarak 1980 li yıllar gösterilebilir. Bu süreçte ilk kilometre taşı da kuşkusuz IBM (International Business Machines) in İsviçre’deki Zürih Araştırma Labaratuvarı’nda görevli fizikçiler Henrich Rohrer ve Gerd Binnig’in, tarayıcı tünelleme mikroskobu (scanning tunneling microscope-STM) diye adlandırılan ve atomları tek tek görüntüleme becerisine sahip yeni bir mikroskop geliştirmeleri.  O zamandan bu yana da bu mikroskopların, atomların manyetik ve kimyasal imzalarını duyalı biçimde belirleyen çok çeşitli modelleri geliştirildi. Görüntülemeden sonra sıra atomların tutulup yerlerinin değiştirilmesine geldi.  1990 yılında Eigler ve gene bir IBM araştırmacısı olan Erhard Schwiser, bir STM 38 xenon atomu kullanarak nikel bir yüzey üzerine IBM harflerini yazdılar.  Daha sonra Eigler ve arkadaşları, atomların elektronlarının dalga özelliklerini göstermek amacıyla tek sıra dizilmiş atomlardan yapılı daireler oluşturdular.  Eigler’e göre “Elektronları kuantum durumlarında izleyebilmenin bilim insanları üzerindeki psikolojik etkisi, deneyin pratik yararından kat kat fazla oldu.” bu psikolojik etkinin dayandığı temelse araştırmacılara atomları teker teker tuğla gibi kullanarak çeşitli yapılar oluşturabileceklerinin gösterilmiş olmasıydı.  Nitekim kısa süre sonra bu alanda yeni girişimler ortaya çıkmaya başladı. 1999 yılında California Üniversitesi ‘nden fizikçi Wilson Ho, bir STM kullanarak demir atomlarıyla karbonmonoksit molekülleri arasında kimyasal bağlar kurmayı başardı.  Başka araştırmacılar da benzer teknikler kullanarak bir yüzey üzerindeki silisyum atomlarının kimyasal özelliklerini değiştirip bir transistör parçasına dönüştürdüler.  Nanoteknoloji alanındaki ilk ilerlemeler, atomları oraya buraya taşımaktan ibaret kalmadı. Teknolojinin değişik malzemeler sentezleme konusunda kanıtlanan gücü, araştırmacılara nano ölçeklerde pek çok malzemenin biçimin ve boyutlarını kontrol etme olanağı sağladı.  Araştırmacılar, nano ölçekli malzemelerin yüzeylerinin, hacimlerine göre büyük olmasının, bunlara büyük ölçekli malzemelerde bulunmayan özellikler kazandırdığının farkına vardılar. Nano parçacıkların geniş yüzeyleri, bunlar kimyasal tepkimler için ideal katalizörler durumuna getiriyor. Nedeni geniş yüzeylerindeki atomların, tepkimeleri etkin biçimde denetlemeleri.  Örneğin, külçe altın oda sıcaklığında tepkimeye girmezken, 3- 5 nanometre boyutlarındaki altın parçacıkları, pek çok tepkimeyi tetikleyebiliyor. Nano altınların bu özelliğini keşfeden bir Japon firması bunlardan tuvaletlerde kullanılmak üzere “koku yiyiciler” geliştirmiş.  Bir nano ölçekli malzemenin endüstriyel başarısının sırrı, basitliğinde yatıyor. Yapılacak şey malzemeyi, boyutları çok iyi belirlenmiş küçük tanecikler ya da katmanlar halinde üretebilmenin yolunu bulmak.  Öyle ki, bu parçacık ya da taneciklerin her biri, bir güneş piline, ya da bir plastik yüzeye yerleştirildiğinde bunların elektronik, optik ve mekanik özellikleri birbirleriyle tamı tamına aynı olacak.  Bu basit ürünler, aslında şimdiden piyasanın yolunu tutmuş bulunuyor ve üretilmelerinin kolay olması, bu malzemelerin pazarlanma şansını, daha karmaşık olanlarına göre bir hayli yükseltiyor. Manyetik çitosan biyokompozitleri, çitosanın glutaraldehit ile modifikasyonu ve magnetit ile hazırlanmıştır. Öncelikle çitosanın asetik asit içerisinde tamamen çözünmesi sağlanmıştır. 50 ⁰C’de manyetik Fe3O4 nano- parçacıkları çözelti içerisine yavaşça eklendikten sonra, mol oranı 1:1 olacak şekilde çapraz bağlayıcı glutaraldehit ortama eklenmiştir. Yaşlandırma ve yıkama işlemlerinden sonra 55 ⁰ C’de 24 saat kurutulmuştur. 38 MANYETİK ÇİTOSAN BİYOKOMPOZİTLERİ İLE BOR GERİ KAZANIMI Çitosan (x50) Çapraz Bağlı Manyetik Çitosan Çitosan – Glutaraldehit Biyokompozitleri Çapraz Bağlı Çitosan (x250) Çapraz Bağlı Çitosan (x1500) 39 40