NANOTEKNOLOJİ

NANOTEKNOLOJİNİN TANIMI Atomların ve moleküllerin en küçük birimlerini ifade etmek ve maddeyi atomik boyutu ile kontrol etmek amacı ile kullanılmaktadır. 

NANOTEKNOLOJİNİN TARİHÇESİ Nanoteknolojinin ve nano biliminin temelinde oluşan fikirler ve konular 29 Aralık 1959 yılında Kaliforniya eyaletinde Teknoloji Enstitüsünde, Amerikan Fizik Topluluğu tarafından oluşturulan bir toplantı esnasında Nobel ödülü bulunan fizikçi Richard Feynman adlı bilim insanı tarafından toplantı ortasında bu fikir ortaya atılmıştır. Bu konu hakkında yaptığı konuşmada fizikçi Feynman oluşacak maddeyi atomik olarak kontrol etmenin olabilme potansiyelinden bahsederek, şu anda sahip olunan bilginin 1959’dan beri günümüz teknolojisine ulaşacağından bahsetmiştir.

Nanoteknoloji (nanotechnology) ismi ise ilk kez masaya yatırıldıktan 10 yıl sonra Prof. Norio Taniguchi tarafından icat edilmiştir. Bu konulardan ziyade asıl modern olan teknolojinin başlaması 1981 yılında atom parçalarını görmemizi oluşturan tarama tünelleme mikroskobunun yapımı (icadı) ile gerçekleştirilmiştir.  Dünyada Nanoteknolojinin oluşumu Milanyumdan sonra en fazla para yatırılan alanlardan biri haline gelmiştir.

ABD’de Ar-Ge çalışmalarına destek olmak amacıyla 2017 Federal Bütçesinde Nanoteknoloji konusunda 1.4 milyar Dolar ayırmış, 2001’den bu zamana kadar da toplam bütçe tutarı 24 milyar Dolar Ar-Ge faaliyetinde harcanmıştır. Amerika kadar bütçe ayrılmasa da Avrupa Birliği ve Japonya da bu konuda araştırma yapan bilim insanlarına destek olmaktadır. Dünyada yüzden fazla akademik enstitü, araştırma merkezi, devlet kurumları da bu teknoloji üzerine araştırma yapmaktadırlar.

N a n o teknolojinin Amaçları • Nanometre ölçekli yapıların analizi, • Yeni nano ölçekli fonksiyonel malzemeler oluşturulması, • Nanometre boyutundaki yapıların fiziksel özelliklerinin anlaşılması, • Nano hassasiyetli cihazların geliştirilmesi, • Nano ölçekli cihazların geliştirilmesi • Bu boyuttaki maddenin kontrol edilmesi, • Uygun yöntemler bularak nanoskopik ve mikroskopik dünya arasındaki bağın kurulmasıdır.

N a n o teknolojinin evreleri 2000 yılında başlayan birinci evreye, pasif nano yapıların gelişimi damgasını vurdu. Bu nano yapılar sabit yapılara ve işlevlere sahiptir; genellikle bir ürünün parçasını oluştururlar. Bunlar, sözgelimi, güneş siperlerindeki çinko oksit parçacıklar veya yeni kompozit malzemelerde kullanılan sertleştirici fiberlerdir.

2. EVRE 2005 yılında başlayan ikinci evre, kullanım sırasında boyutlarını, şekillerini, iletkenliğini veya diğer özelliklerini değiştiren aktif nano yapılar üzerine odaklanır. Vücuda enjekte edilen yeni ilaç parçacıkları, hedefteki hastalıklı dokuya eriştiği zaman tedavi edici molekülleri vücuda salgılamaya başlar. Transistorlar veya amplifikatörler gibi elektronik parçalar tek bir kompleks moleküle indirgenebilecek.

3. EVRE 2010 yılında başlayacak olan üçüncü evrede, çalışanlar çok sayıda karmaşık parçaları spesifik bir hedefe doğru yönlendirebilecek. Uygulamalardan birinde nano elektrik parçalar kendi kendilerine monte olarak, üç boyutlu devreler oluşturabilecek. Tıp, bu sistemlerden yararlanarak, protezlerin doku uyumunu artırabilecek veya doku rejenarasyonu için biyolojik iskeleler yaratabilecek.

4. EVRE 2015-2020 yılından sonra başlayacağı düşünülen dördüncü evrede, nanoteknoloji, moleküler nano sistemleri içine alacak şekilde genişleyecek. Moleküler nano sistemler, moleküllerin ve molekül altı yapıların bağımsız bir cihaz gibi işlev görebildiği heterojen ağlardır. Hücrelerin içindeki proteinler birlikte hareket eder, fakat biyolojik sistemler su bazlıdır ve bu nedenle sıcaklığa karşı çok duyarlıdırlar. Bunlara bağlı olarak moleküler nano sistemler daha geniş bir çevre çeşitliliği içinde hareket ederler ve çok hızlı olmak zorundadırlar. Bu gelişmeye bağlı olarak bilgisayar ve robotlar olağanüstü küçük boyutlara indirgenirler. Tıbbi uygulamalarda genetik terapiler ve yaşlanmayı durdurmaya yönelik çalışmalara ağırlık verilir. Yeni ara yüzler insanları elektronik cihazlara doğrudan bağlayacağı için telekomünikasyon tümüyle değişebilir.

N A n o teknolojik üretimde bilimsel yaklaşımlar Nano yapılar elde edilmesinde iki ana yöntem bulunmaktadır. Aşağıdan yukarıya (“bottom-up”) ve yukarıdan aşağıya (“top down”) olarak adlandırılan bu iki yaklaşımı şu şekilde özetleyebiliriz:

1-Bottom-up: Aşağıdan yukarıya yaklaşımı (küçükten büyüğe), moleküler nanoteknolojiyi belirtir ve organik veya inorganik yapıları, maddenin en temel birimi olan atomlardan başlayarak atom atom molekül molekül inşa edilmesi yöntemini ifade eder.  2-Top-down: Yukarıdan aşağıya yaklaşımı (büyükten küçüğe), makineler, asitler ve benzeri mekanik ve kimyasal yöntemler kullanılarak nano yapıların fabrikasyonu ve imal edilmesi yöntemlerini ifade eder.

NANOTEKNOLOJİNİN ARAÇLARI, ALET VE YARDIMCILARI

Elektron mikroskobu Elektron mikroskobu, elektronların parçacık ve dalga etkileşiminin ilginç ve önemli bir örneğidir. Bir elektron ışını bir cismin görüntüsünü oluşturmak için kullanılabilir. Bir elektron ışınının yörüngesi elektrik ya da manyetik alan ile değiştirilebilir. Elektronlar elektrik ve/veya manyetik alan ile  bir noktada odaklanabilir. Hızlandırılmış elektronlar çok kısa dalga boyuna sahiptir, böylece çok kısa dalga boyları ile daha fazla büyütme oranları ve daha iyi ayırma gücü elde edilmesi sağlanır. Standart elektron mikroskobunun ayırma gücü birkaç nanometre mertebesindedir. (1nm=10^-9m)

Saç teli bit Elektron mikroskobu ile elde edilmiş görüntüler Sofra tuzu bakteriler sivrisinek

Taramalı elektron mikroskobu Taramalı elektron mikroskobu (SEM), yüksek enerjili elektronlar ile numune yüzeyinin taranması prensibiyle çalışır. Cihaz; optik kolon, numune haznesi, görüntüleme sistemi ve enerji dağılım spektrometre (EDX) bağlantısı olmak üzere dört temel kısımdan oluşur. Taramalı elektron mikroskobu ile harç, sıva, taş, seramik, ahşap, kağıt, tekstil, cam, metal ve boya gibi birçok malzemenin analizi yapılır.  ESEM mod sayesinde kirli, tozlu, yağlı ve organik yapılı numuneler herhangi bir kaplama yapmayı gerektirmeden incelenmektedir. Ayrıca, yüksek basınçta sıcaklık (-20 ile +50 C0 arası) ayarlama fonksiyonu ile sıvı numunelerin buharlaşmadan analizini yapmak mümkündür.  

NANOTEKNOLOJİNİN KULLANIM VE UYGULAMA ALANLARI

Suyu ittiğinden dolayı silecek gerektirmeyen araba camı N a n o malzemeler Suyu ittiğinden dolayı silecek gerektirmeyen araba camı

Buğulanmayan banyo aynası ve araba iç camı

Kendi kendini temizleyen bina dış cephesi

Yosun ve deniz hayvanlarının yapışamadığı gemi dış yüzey boyası

Malzeme ve İmalat Sektörü Malzemelerin atomik ve moleküler boyutlardan başlayarak inşa edilmesi, konvansiyonel metotlar ile elde edilen malzemelere oranla daha sağlam ve hafif maddelerin ortaya çıkmasını sağlayacaktır. Bu malzemeler, daha düşük hata seviyeleri ve eşsiz dayanıklılık güçleri ile hali hazırdaki bir çok endüstriyel süreç için devrimsel yenilikler getirecektir. Benzersiz ve alışılmamış özellikleri ile nano tüpler, elyaflar, lifler ve kaplama malzemeleri imalat yöntem ve tekniklerinin gelişmesine imkan sağlayacaktır.

Nano-Elektronik ve Bilgisayar Teknolojileri Elektronik araçların nanometre ölçeklerinde elde edilmesi ile halen kullanılan sistemlerinin işlem güçleri ve kapasiteleri bir kaç kat artacaktır. Nanoteknolojilerin kullanım alanlarından biri olarak önerilen kuantum bilgisayarların geliştirilmesi ile günümüzün en modern bilgisayarları olan Pentium bilgisayarlar ile kıyaslanamayacak seviyelerde işlem gücü elde etmek mümkün olacaktır.

Bunlara ek olarak elektronik araçlar için geliştirilen sensör, gösterge sistemleri ve sinyal iletimi alanlarında ciddi ilerlemeler kaydedilecektir.

Tıp ve Sağlık Sektörü Nanoteknoloji yaşayan sistemlere moleküler seviyelerde müdahale etme imkanı oluşturabilir. Yaşayan organizmalar ile etkileşime geçebilecek boyutlarda araçlar üretilmesi ile bir çok yeni teşhis ve tedavi yöntemlerinin gelişmesi olasıdır.

Sadece hastalığın bulunduğu ve/veya yayıldığı bölgelere saldırarak ilaç veren makineler, insan vücudu içinde hareket edilmesine imkan sağlayan teşhis araçları, nano-teknolojinin tıp ve sağlık sektörü üzerindeki potansiyel uygulamaları olarak gösterilebilir.

NANOTEKNOLOJİNİN SAĞLIK alanında KULLANIMI İlaç sektöründe Üzerine nano partiküller yüklenmiş ilaçlar doğrudan hastalıklı doku ve hücrelere etki edebilmektedir. Böylece biyolojik aktivite artırılmaktadır.

Gen uygulamalarında Hasarlı genlerin düzeltilmesi ve kalıtsal hastalıkların engellenmesinde ortaya çıkan bir tedavi yöntemidir.

Kardiyak tedavisinde Kardiyak hastalıkları; ölümün, hastalığın, sakatlığın ana nedenlerindendir. Birçok insan miyokardiyal damar tıkanıklığı, ritim bozukluğu, restenoz gibi nedenlerle ölmektedir. Nanoteknoloji; kardiyak ilaç uygulamalarında, kardiyovasküler hastalıkların engellemesin de, arteriyellerin yerinin belirlemesinde ve taşınmasında kullanılan etkili bir tedavi yöntemidir

Kanserlerin tedavisinde Vücuda gönderilen nano robotlar ve alınan nano partiküllü ilaçlar sayesinde kanserli hücreler diğer hücrelere zarar verilmeden yok edilmektedir.

Diş bakımında Dişçilikte ağrısız, acısız diş müdahaleleri, dolgu çalışmaları görünüm olarak kusursuz dişler mümkün olacaktır.

Ortopedi tedavisinde Kemik hücrelerinin etkileşiminde aşılanmasında kemiklerin düzeltilmesinde ve protezlerde kullanılan bir alandır. Protezlerde mikro seviyede hareket sağlar.

Havacılık ve Uzay Araştırmaları Havacılık ve uzay araçları çok maliyetli teknolojilerdir. Bu araçların imalatı sırasında kullanılan malzemelerin ağırlığı maliyetlerin yüksekliğinde çok önemli bir yer tutar. Nanoteknoloji bu malzemelerin ağırlığının önemli ölçüde azaltılması ile maliyetlerin düşürülmesini sağlayabilir. Ayrıca çekme direnci çelikten kat kat yüksek nano tüpler sayesinde dünya yüzeyinden atmosfere kadar yükselebilecek yapılar inşa edilmesi potansiyel uygulama alanları içinde yer alabilir. Böylece uzay araştırma maliyetlerinin büyük bir kısmını meydana getiren fırlatma maliyetleri düşürülebilir.

Çevre ve Enerji Nano-malzemelerin ve nano-kompozitlerin fosil yakıt endüstrilerinin verimliliğini geliştirme potansiyeli bulunmaktadır. Nano-kompozitlerin yaygın olarak kullanılması ile daha yüksek verimliliğe sahip motorların ve dolayısı ile daha temiz, çevre dostu ulaşım sistemlerinin kurulması mümkün olacaktır.

Biyoteknoloji ve Tarım İnsanlık tarihi de gelecekte ortaya çıkacak tehlikeleri anlatanlarla dolu. Bu konudaki en çarpıcı örnek Unabomber, Gerçek ismi Theodore Kaczynski olan Unabomber, 17 yıl boyunca üniversitelerde bilgisayar ve genetik konularında araştırma yapan bilim adamlarına öncelikli olmak üzere, çeşitli kişilere bombalı paketler gönderip sonunda teknolojik ilerlemenin insanlığı mahvedeceğini anlatan bir manifestoyu New York Times ve diğer önemli yayın organlarında bomba tehdidi ile yayınlatmış biri. Elbette bu görüşe katılan başka kimseler de var. Ama görünen o ki ilerleme her zaman devam etmekte ve bu böyle sürecektir.

Savunma Sektörü Nano-teknoloji askeri uygulamalar konusunda bir çok alanda potansiyel vaat etmektedir. Geliştirilmiş elektronik savaş kapasitesi, daha iyi silah sistemleri, geliştirilmiş kamuflaj ve akıllı sistemler birçok Ar-Ge çalışmasının gerçekleştirildiği alanlardır.

NANOTEKNOLOJİNİN Savunma alanında KULLANIMI Askeri kara araçlarında

Füze ve roketlerde

kamuflaj

Askeri deniz aracı

Zırh ve kalkan

Türkiye de N a n o teknoloji Türkiye'de bazı üniversitelerde daha ziyade kişisel çabalarla nano ve mikro ölçekli malzeme, yapı ve cihazlar ile çalışmalar yapılıyordu. Doğrudan nanoteknoloji adı altında olmasa bile bu konularda çalışma yapılan baslıca üniversiteler arasında ODTÜ, Bilkent, Sabancı, Balıkesir, GYTE sayılabilir. Ayrıca TUBITAK-MAM'daki YİTAL (Yarıiletken teknolojileri araştırma laboratuvarları) henüz mikro düzeyde cip üretimi yapmakla birlikte nanometre seviyesindeki üretime yönelik çalışmalar sürdürülmektedir. Nanoteknolojinin dünyanın her yerinde hızla popüler hale gelirken Türkiye'de önce bilim çevrelerinde, daha sonra sanayi kuruluşlarında önemi vurgulanmaya, medyada sık sık yer almaya başladı. Konu çevreden o kadar çok destek aldı ki bazen bilinen teknolojiler önüne nano' kelimesi eklenerek bir anda nanoteknolojiye dönüştürüldü. Bu arada Devlet Planlama Teşkilatı Müsteşarlığı Bilkent Üniversitesi'nde başlatılan "Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi Projesine" önemli bir destek sağladı.

Ayrıca, disiplinler arası çalışmaya olanak vermek ve nanoteknoloji uzmanı yetiştirmek amacıyla Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji'' yüksek lisans ve doktora programı açıldı. Bu programda üstün nitelikli yüksek lisans ve doktora tez çalışmaları ile bilime yapılacak önemli katkı kadar yeni nanoteknoloji ürünlerinin geliştirilmesi de hedeflenmektedir. Böylece enstitü çevresinde kullanılacak teknoloji şirketlerinin geliştirdiği nanoteknoloji ürünlerini bütün dünyaya pazarlamalarını beklemektedir. Geçmişte böyle bir hedefin gerçekleşebildiğini görüldü. Bir doktora öğrencisi tez çalışmaların da ürettiği hall aygıt mikroskobunu geliştirerek nanoteknoloji araştırmalarında kullanmak üzere dünya pazarlarına satmayı başarmıştır. Çeşitli projeler kapsamında Roketsan, DYO, Arçelik, Vestel, Korteks gibi şirketlerle işbirliği ve müşterek AR-GE çalışmaları yürütülmektedir.

DÜNYADA NANOTEKNOLOJİ Nanoteknoloji alanında başlatılan araştırmalar; daha çok AB, ABD, Japonya, Çin ve G. Kore eksenli olarak yoğunlaşmıştır. Avrupa Birliği ülkelerinden Almanya, İngiltere, Fransa, İsveç ve Hollanda’ daki araştırma yatırım planlarının öteki AB ülkelere göre daha fazla olduğu göze çarpmaktadır. Ayrıca İsrail, Tayvan, Kanada, Rusya ve Singapur’da da bu alanda değişik ölçekli araştırmalar sürdürülmektedir. Önümüzdeki yıllarda bugünkü yarış ve rekabetin daha da hızlanacağı anlaşılmaktadır. Daha önceki ileri teknoloji alanlarının doğuşunda birkaç öncü ülkeyi arkadan izleyen bazı ülkeler, NT trenini kaçırmak istemediklerinden, bu alandaki gelişmeleri; ya eşzamanlı veya en fazla 6-12 ay gibi kısa sürelerle arkadan izleyebilmenin planlarını yapmaktadırlar. Tayvan gibi toprak büyüklüğü itibariyle küçük bir ülke bile 2010 yılında küresel nanoteknoloji pazarından % 3’ lük pay almıştır.

AYŞEGÜL BAYRAM 141104722 4-A

DOĞRU YANLIŞ BOŞLUK DOLDURMA (D) Nanoteknoloji genel amaçlı teknoloji ola­rak adlandırılır. (D) Nanoteknoloji ile daha az maliyet ve daha fazla üretim sağlanabilir. (Y) Nanoteknoloji yalnızca elektronik cihazları küçültmek için kullanılmaktadır. (D) Nanoteknoloji antik yunanca da ‘cüce’ anlamına gelen ‘nano’ kökünden gelmektedir. (Y) Nanoteknolojinin amacı sadece iyi ürünler elde etmektir. BOŞLUK DOLDURMA …..Nanoteknoloji…. maddenin atomik ve moleküler seviyede ki kontrolüdür. Nanoteknoloji mikroskobik robotların vücutta hastalıkları onarması sayesinde ….sağlık… alanında kullanılır. ….Taramalı elektron mikroskobu…. yüksek enerjili elektronlar ile numune yüzeyinin taranması prensibiyle çalışır. Nanoteknoloji; kurşun geçirmez, hafif, sıcağa ve soğuğa dayanıklı, leke tutmayan kumaş üretimiyle …tekstil… alanında kullanılır. Nanoteknoloji kelimesini ilk defa kullanan Tokyo Bilim Üniversitesi’nden …Norio Taniguchi… olmuştur. 

Klasik Sorular Soru 1 ) Nanoteknolojinin Yararları Nelerdir? Cevap 1 ) Daha az maliyet ve daha fazla üretim sağlanabilir. Yaşam kalitesinin artmasında önemli bir etkendir. Daha sağlıklı ve güvenli bir yaşam sunar. Zaman ve maliyet kaybı en az seviyelere düşebilir. Soru 2 ) Nanoteknoloji hangi alanlarda kullanılır? Cevap 2 ) Malzeme ve İmalat Sektörü Nano-Elektronik ve Bilgisayar Teknolojileri Tıp ve Sağlık Sektörü Havacılık ve Uzay Araştırmaları Çevre ve Enerji Biyoteknoloji ve Tarım Savunma Sektörü