Nanoteknoloji Nedir?
Geçmişten günümüze gittikçe popülerleşen ve artık bilim dalı olarak gündemde olan bir kavramdan bahsedeceğiz: Nanoteknoloji.
Peki nedir bu nanoteknoloji? Gelin sözlük anlamına bakalım.
“Maddenin atomik veya moleküler boyutta işlenerek mikroskobik boyutta ürünlerin üretilmesi yöntemi.” olarak karşımıza çıkıyor.
Nano kelimesi Yunan kökenli olup küçük, minik anlamlarına gelir. Nanoteknoloji ise maddenin atomik, moleküler ayrıca supramoleküler seviyede kontrolüdür. Aynı zamanda nanoteknoloji 1 ile 100 nanometre boyutlarındaki yapıların herhangi bir amaç için kullanılmasıdır. Peki 1 nanometre size ne ifade ediyor? Ne kadar küçük olduğunu hayal edebilir misiniz? Size bir örnekle anlatabilirim. Dünya’yı düşünün ve boyutunun 1 metre olduğunu varsayalım. Bu durumda bir futbol topu da 1 nanometreyi temsil eder. 1 nanometre metrenin milyarda biri olarak ölçülüyor.
Geçmişten Günümüze
Peki hayatımızda ne zamandan beri var bu kavram? Hangi süreçlerden geçti? Ne kadar gelişti?
Nanoteknolojiyi besleyen ilk kavramlar ünlü fizikçi Richard Feynman tarafından ortaya konmuştur. Richard Feynman 1959’da atomların kontrolü ile sentezin olasılığından bahsettiği konuşma “There’s plenty of Room at the Bottom” sayesinde bu alana dikkat çekmiştir. Her bir atom ve molekülü ayrı ayrı kontrol edebilecek bir sürecin varlığından bahsetti ve bilim dünyasına yeni bir kavram ekledi diyebiliriz.
1960’ların başında mikroçipler geliştirildiğinde doğal olarak nanoteknolojiye olan ilgi de artıyor. Nanoteknoloji, bilimsel terim olarak ilk kez 1974 tarihinde Norio Taniguchi tarafından kullanılıyor.
(Daha önce de sürekli nanoteknoloji demiştik fakat Norio’dan öncesi nanoteknoloji için bir temeldi.)
1980’lere baktığımız zaman nanoteknoloji artık bir bilim dalı olarak ele alınıyordu. K. Drexler, Feynman’dan etkilenerek 1986 tarihinde yazdığı “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotech” kitabında bu terimi kullanıyor. Drexler aynı zamanda nanoteknoloji kavramları ve sonuçları hakkında toplum bilinci oluşturmak için The Foresight Institute (Öngörü Enstitüsü) ‘nü kurmuştur.
Başlangıcı 1970’lere kadar dayanan bu bilim hala gelişmekte ve sonsuz bir gelişim potansiyeli taşımakta diyebilir miyiz? Bence diyebiliriz.
Kullanım Alanları
Hayatımızın her alanında karşımıza çıkan bu teknolojiyi başlıklar altında bakalım isterseniz. Hangi alanda hangi çalışmalar yapılmış ya da hangi çalışmaları yapmak mümkündür bunlardan bahsedelim.
Tıp:
Gen uygulamaları, diş tedavileri, ortopedi, salgın hastalıklar ve en önemlileri kanser ile nörodejeneratif hastalıklar için nanoteknoloji kullanılabilmektedir. Kanserin erken teşhisinde ve hatta kanser hücrelerine direkt olarak müdahale edilmesinde büyük rol oynar.
Vücuda alınan ilaçlar, normalde vücudun her yerine dağılmakta ve gerçek hedefe gitme olasılığı azalmaktadır. Nanopartiküler ilaçların üretimiyle kanser hücrelerine ya da herhangi hasta hücreye direkt yönelen ilaçların yapılması mümkündür. Bu sayede aldığımız ilaçlar bütün vücudumuza yayılmak yerine direkt gitmesi gereken bölgeye gidecektir. Böylelikle vücudun küçük bir bölgesini tedavi etmek için vücudun başka bir yerini zehirleme riski ortadan kalkmaktadır.
İlerleyen zamanlarda nanoteknoloji sayesinde hangi gelişmeler bizi bekliyor dersiniz? Birkaçından bahsedeyim:
· Çok küçük boyutlarda üretilen robotlar ile hasarlı organların iyileştirilmesi.
· Tıkanan beyin damarlarının nano tüplerle tıkanmalar giderilebilmesi.
· Sinirsel iletişim eksikliğinden kaynaklanan ve genel adı felç olan hastalığa, nano teknolojiyle üretilen yapay kılcal damarlar ile çare bulunması.
· Süper bilgisayar tarafından kontrol edilen ve vücudumuzun yapay bağışıklık sistemini oluşturacak nano robot ordularının üretilmesi.
· 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.
Peki sağlık alanında herhangi bir tehlike oluşturuyor mu sizce? Nanofiberler; uçak kanadından tenis raketine kadar değişik ürünlerde ve bazı alanlarda kullanılmaktadır. Uçuşan nanoparçacıkları ve nanofiberleri içine çekmek fibröz gibi birçok akciğer hastalığına sebep olabilir. Araştırmacılar; deney fareleri nanoparçacıkları içine soluduğunda bu parçacıkların beyine ve akciğere yerleştiğini ve bunun da stres tepkisi ve iltihaplanma için biyo-işaretlerde önemli artışa sebep olduğunu bulmuşlardır. Ayrıca nanoparçacıklar tüysüz farelerde oksidatif stres yoluyla cilt yaşlanmasını tetikler. Bir gazete makalesi boya fabrikasındaki işçilerin ciddi akciğer kanserine yakalandıklarını ve akciğerlerinde nanoparçacıkların bulunduğunu bildirmiştir. Evet nanoteknolojinin yararları saymakla bitmez fakat sizce bu tür zararlar ihmal edilmeli mi? Yoksa nanoteknolojinin sebep olduğu hastalıklara nanoteknolojiyle çözüm getirilebilinir mi?
Enerji:
Nanoteknoloji, daha iyi kataliz kullanarak yakıt üretiminin verimliliğini artırmak, yeni tür piller oluşturmak, daha iyi aydınlatma sistemleri oluşturmak, güneş panellerinin verimliliğini ve maliyet etkinliğini artırmak için çeşitli enerji alanlarında kullanılmaktadır.
Son yıllarda ilgi odağı olan nanomalzemelerden biri Karbon Nanotüp (CNT) tür. Karbon Nanotüp, Japon bilim adamı Sumio Iijima tarafından 1991 yılında keşfedilmiştir. 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. Grafenin enerji sektöründe kullanılması üzerine yapılan çalışmaların bir kısmı elektrik enerjisinin etkili bir şekilde taşınması ve depolanması üzerinde yoğunlaşmaktadır. Karbon Nanotüp ve Grafene yanı sıra çeşitli nanoparçacıklar vardır. Mükemmel optik ve iletkenlik özelliklerine sahip olduklarından güneş enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklardan enerji toplanması, nanoparçacıkların yoğun olarak kullanıldığı ana uygulamalardan biridir. Nanomalzemelerin enerji alanında hangi dallarda kullanıldığını şu şekilde özetleyebiliriz; güneş enerjisi, hidrojen teknolojisi, enerji depolama, yakıt hücreleri, enerji taşımacılığı ve enerji tüketimi.
Otomotiv:
Otomotiv sektörü son derece rekabetçi bir sektördür. Nano teknoloji çalışmaları, otomotiv sektöründe rekabet açısından önemli alanlara katkıda bulunmaktadır. Her alanda olduğu gibi maliyetin azaltılması, kalitenin artırılması, iyileştirilmiş teknik özellikler için nanoteknoloji otomotiv sektöründe de önemli bir yer kaplıyor. Bunun dışında ağırlığın azaltılması, yakıt tüketiminin iyileştirilmesi, çevreci araçlar üretmeyi kolaylaştıran ve amaçlayan uygulamalar da nanoteknoloji altında yapılmaktadır.
Bu alanda yapılan çalışmalara örnek verecek olursak:
· Estetik, dayanıklılık ve mukavemet yönünden iyileştirilmiş plastik malzemeler
· Paslanma, aşınma ya karşı güçlendirilmiş, kir tutmayan estetik görünümü iyileştiren kaplamalar
· Isıl özellikleri iyileştirilmiş, soğutma sıvıları
· İyileştirilmiş mekanik özelliklere sahip, metal alaşımlar
· İyileştirilmiş çatlama özelliklerine sahip, çevreye zarar vermeyen lehim malzemeleri
· Daha düşük maliyetli ve daha güçlü ekranlar
· Elektrikli ve hibrid araçlar için akü ve yakıt hücreleri
· Nano yapılar ile oluşturulan sensörler
· Güneş hücreleri
· Elektrikli araçlarda kullanılan süper kapasitörler, CNT transistörler
· LED lambalar veya benzeri diğer aydınlatma teknolojileri
· Aşınmaya karşı dayanıklı, performansı iyileştirilmiş, çevreci lastik malzemesi
· Sürtünmeyi azaltan, motor ömrünü arttıran yüzeyler
· Sürtünmeyi azaltan yağlar
Çevre:
Günümüzde çevre adına yapılmış birçok nanoteknoloji uygulaması bulmamız mümkündür. Su arıtma cihazları, çevre dostu ambalajlar ve yağ emiciler gibi birçok alanda nanoteknolojinin katkılarını görmekteyiz.
Su arıtma cihazlarında karbon nanotüpleri ve alumina fiberler gibi nanomalzemeler suyun temizlenmesi ve nanofiltreleme için kullanılmaktadır. Nanofiltreler gözeneklerin daha küçük olmasına rağmen nanotüpler pürüzsüz iç kesimlere sahiptir ve su daha kolay şekilde akarken çökeltileri, kimyasal atıkları, yüklü parçacıkları, bakterileri ve virüs gibi diğer patojenleri temizleyebilir. Ayrıca arsenik gibi zehirli eser elementleri ve yağ gibi viskoz sıvı kirliliklerini de temizleyebilir.
Deniz sularına dökülen yağlar çevre kirliliğinin çoğunluğunu kapsamaktadır. Aerojen adı verilen nanomalzemelerin kullanılması için araştırmalar devam ediyor. Bu nanomalzemenin yüzeyi fazlasıyla geniş olduğundan kendi ağırlığından on altı kat daha fazla yağı emebilirler. Tıpkı bir sünger gibi. Ve sonrasında süngeri temizlemek kolaydır…
Plastik atıkların fazla olması ekolojik dengeyi bozmaktadır. Biliyoruz ki çevre dostu ambalajların tercih edilmesi geleceğimiz için, sağlığımız için çok önemli. Bu sorunlara çözümler tabi ki mevcut. Bunlara örnek olarak; biyopolimerler kullanılması fakat çoğu düşük nem bariyer özellikleri ve zayıf mekanik özellikleri gibi birçok sınırlamadan zarar görüyor.
Peki sizce çevre alanında nanoteknoloji kullanılması risk oluşturur mu? Toprak ve su temizlenmesinde kullanılan nanomalzemelerin o bölgede bulunan bitki ve hayvanlar tarafından tutulabilecek bir noktaya gider mi ve onları olumsuz olarak etkiler mi?
Elektronik:
Nano ölçekte elektronik devre elemanlarının üretilmesiyle bilgisayarların mimari tasarımında da değişiklikler meydana gelecektir. Nano ölçekteki devre elemanları daha az enerji ile üretildiğinden, bu bilgisayarlar daha küçük, hız ve kapasite bakımından daha büyük olacaklardır.
Havacılık ve Uzay:
Nano yapılı malzemeler daha hafif, daha sağlam, sıcağa karşı daha dayanıklı olmaları sebebiyle roket ve uzay istasyonlarının yapımında büyük öneme sahiptirler. Ayrıca çelikten bile 200 kat fazla dayanıklı nanotüpler sayesinde üst atmosfere kadar çıkabilecek yapılar inşa edilebilir. Böylece fırlatma maliyetleri de düşürülmüş olur.
Nanoteknoloji uzay uygulamalarından örnekler verelim ve onları inceleyelim.
Günümüzdeki roket sistemleri kimyasal itme gücüne dayanmaktadır. Fakat elektriksel itme gücü kullanılırsa az maliyetli ve pratik olacağını biliyoruz. Böylece çok büyük kütleli roketler çok küçük enerjiyle uzaya fırlatılabilir. Bir nanoteknoloji elektriksel itme sistemi, uzay gemisi yakıtı olarak elektriksel yüklü ve hızlandırılmış nanoparçacıklardan yararlanır. Bu sayede birçok nanoparçacığın hareketiyle yüksek ve kesintisiz güç sağlanabilir.
Uzay için önemli olan bir konu ise astronotların giysileridir. Şuanki uzay giysileriyle astronotlar belirli bir alanın dışına çıkamadığından keşiflerini önemli derecede kısıtlamaktadır. NASA’nın nanoteknolojiden yararlanarak yapacağı uzay giysilerinin özelliklerinden birkaçına örnek verebiliriz; mekanik karşı basınç için geliştirilen dokunmuş Nitinol telleri, bellek sahibi alaşımlar, ısı kontrolünü sağlayacak, elektrik verildiğinde ısı yayan ve önceden belirlenmiş bir şekil almasını sağlayan nanofiberler, havadan oluşan silika aerojeller, sıcağı emerken güç ve elektrik sağlayan termoelektrik nanokristallerle kaplanmış fiberglas malzemeler, kendi kendimi tamir eden eldivenler…
Uzay asansörünün karbon nanotüplerle oluşturulabileceği fikri ilk kez 1950’li yıllarda çıkmıştır. Günümüzde Japonlar, Uzay Konferansı’nda 2050 yılında bir uzay asansörü inşa etmeyi planladıklarını söylediler.
NASA şu an az yakıt tüketen nanobotlar üretmeyi hedefliyor ve bunun üzerinde çalışıyor. Her robotun bir nanoişlemcisi, komşu taneciklerle iletişimini sağlayacak anteni, veri toplamak için algılayıcısı ve elektrot kontrollü biçim değiştiren polimer kabuğu bulunacak. Bu şekilde nanobotlar Mars yörüngesindeki araca o araç da Dünya’ya bu bilgileri aktaracaktır. NASA aynı zamanda Venüs sıcaklığı olan 480 dereceye dayanıklı karbon nanotüpler geliştiriyor. Bu da demek oluyor ki ilerleyen yıllarda uzay keşfi bir oyuncaktan da minik robotlar tarafından yapılacak.
Tekstil:
Acaba, tekstil ürünlerini atomik veya moleküler yapıda inceleyerek, çok daha etkili tekstil ürünleri tasarlayabilir miyiz? Elbette ki tasarlayabiliriz. Sıvı geçirmeyen kumaşlar, ter ve leke tutmayan kıyafetler, serin tutan tişörtler…
Düşünsenize bir tişört var; bu tişört sizin kalp atışlarınızı, vücut ısınızı ve kan şeklerinizi düzenli olarak kontrol ediyor. Olası bir aksaklıkta bünyesindeki bluetooht özelliğiyle doktorunuza veya ambulansa uyarı gönderiyor. Böylece kritik bir anda acil müdahale gecikmeyecek ve hayatlar kurtulacak. Harika, değil mi? Peki tekstil alanında başka neler yapabilir bu nanoteknoloji? Çorapların üretilmesinde kullanılan ipliğin, gümüş nano parçacıklar ile birleştirilmesi ile, çorap içerisinde bakteri ve birçok hastalığa yol açan bakterilerin oluşması engellenebilir veya mikropların barınması tamamen durdurulabilir. Bu da çorapların kötü kokusunu tamamen kaldırır.
Kozmetik:
Kozmetik alanında yapılan çalışmalar çoğunlukla güneş kremleri üzerine olsa da gene her alanda görmemiz mümkündür. Makyaj ürünlerinde, saç bakım ürünlerinde, parfümlerde, nemlendiricilerde bulunabilir. Kozmetik nanomateryallerin günümüzde iki kullanım alanı vardır. Birisi güneş kremleri, diğeri ise yaşlanmayı geciktirici ürünlerdir.
Vee yazımızın sonuna geldik. Yazımızı beğendiyseniz aşağıdaki butondan alkış atabilir ve IEEE PubS Amasya’nın diğer yazılarını okuyabilirsiniz.
YAZARLAR
