MALZEME BİLİMİ ve NANOTEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ Prof. Dr. Salim Çıracı MALZEME BİLİMİ ve NANOTEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ BİLKENT ÜNİVERSİTESİ

Ülkelerin gücü 17. – 18. yüzyıl: Bilimsel gelişme  Teknoloji Teknolojiyi kullanan ülkeler güçlendi ve ön plana çıktılar

ÜRETİM TEKNOLOJİLERİ Makroskopik teknolojiler (tarım, metalurji, gemi inşat, makina imalat, otomotiv.. tekstil) katma değer=1 Mikroteknolojiler (mikroelektronik, bilgisayar..) katma değer=100 Nanoteknoloji katma değer=10.000 Türkiye her yıl 15 gram DNA bazlı kimyasal ilaç ithal etmek için 400 Milyon Dolar ödüyor.

1970 li yıllardan sonra bilimsel araştırmalar moleküllere ve molekül yüzey etkileşmelerine yöneldi. Çeşitli geliştirilmiş deneysel teknikler özellikle STM ve AFM sayesinde bu etkileşmeler gözlemlenebildi. Kuantum mekaniği sayesinde atom-molekül-yüzey etkilerini daha iyi anlıyabildik. 20. yüzyılın sonlarına doğru bilim nanoölçekli malzemeleri, hatta atomu manipüle etme, bunları fonksiyonel hale getirebilme yeteneği kazandı. Nanomalzemeler bilimsel araştırmaların ve teknolojinin gündemine girdi. Nanoteknoloji nanometre ölçütlerinde gerçekleitirilen bilim-teknoloji-üretim 1 Nanometre = 1 /1.000.000.000 metre

NANOTEKNOLOJİ Boyutları 10-100 nm’ye inince maddenin enerjisi, iletkenliği geometri ve büyüklüğe bağlı olarak değişmekte, malzemeler olağanüstü özellikler kazanmakta. Örneğin bildiğimiz aluminyum nano ölçeklere inince patlayıcı özellikler kazanmakta. NANOTEKNOLOJi nanomalzemelerin olağanüstü özelliklerini kullanarak 21. yüzyılın katma değeri yüksek ürün taleplerini karşılamayı amaçlamaktadır.

Malzemeler nanometre boyutlarında farklı davranırlar, olağanüstü özellikler sergilerler nanometre boyutlarında son derecede aktif ve kırmızı renkte Altın  Grafit grafen Karbon nanotüp ve fuleren Karbon atom zinciri

NANOSİSTEMLERİN SİSTEMİ Karbon atom zincirleri

ABD’de Ekonomistler Başkan Clinton’ın Nanoteknolojiyi öncelikli alan ilan etmesini sağladılar. Bu sayede Nanoteknoloji ABD’de önemli teşvikler aldı. ABD’de 2001-2007 arası herbirinin maliyeti 100 milyon dolar olan 46 Nanoteknoloji Araştırma merkezi açıldı. 2007 de ABD’de 1600 patent alındı. Putin, Rusya’da nanoteknolojide 7 milyar dolar yatırım bütçesini onayladı İsrail’de Simon Perez Nanoteknoloji girişimine önderlik etti, nanoteknoloji araştırmalarına 5 yıl için 230 Milyon dolar ayırdı. İran Nanoteknolojide Türkiye’den önde bulunmakta. Kore, 2001 yılında Nanoteknoloji teşvik yasası çıkardı, 2006-2015 yılları arası 4 Milyar Dolar kaynak tahsis etti.

PAZAR 2004 yılında nanoteknoloji ürünlerinin pazar payı 13 milyar dolara erişti. Bu global üretimin % 0.1 den daha küçüktür. 2015 yılında nanoteknoloji ürünlerinin 3.1 trilyon dolarlık pazar payının küresel üretimin %18 ni oluşturacağı beklenmektedir.

Niçin nanoteknoloji? Daha fonksiyonel Daha hızlı Daha az yer kaplar Dünyada bir yılda on milyarkere milyar bit bilgi üretilmektedir. Bu kadar bilgiyi nanoteknoloji kullanılarak bir santimetre küp hacimde depolamak mümkün olacaktır. Daha fonksiyonel Daha hızlı Daha az yer kaplar Daha az enerji sarfeder Daha mukavemetli Daha ucuz Olağanüstü yeni özellikler

NANOTEKNOLOJİ TABANLI AKILLI ABD: MIT ASKERİ NANOTEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ (ISN) YIL 2005 Toplam yük: 45 kg YIL 2020 AMAÇ: NANOTEKNOLOJİ TABANLI AKILLI ELBİSELERİN ARAŞTIRILMASI VE GELİŞTİRİLMESİ 11

NANOBİYOTEKNOLOJİ: KANSER TEDAVİSİNDE YENİ YÖNTEMLER DNA molekülünün genişliğinin yarısı kadar olan nanotüplerin kullanıldığı bir yöntemde, nanotüpler kanserli dokulara kontrollü bir şekilde transfer edilmiştir. Normal hücrelerden rahatça geçebilen kızıl-ötesi ışık, kanserli doku içerisindeki nanotüpler tarafından soğurulmaktadır ve bir kaç dakika içerisinde kanserli dokular dağlanmaktadır. Nanoparçacıklar içerisine yerleştirilen kemoterapi ajanları, tümörleri hem zehirleyerek hem de kan girişini engelleyerek öldürmektedir. Fareler üzerinde yapılan deneylerde, bu yöntemle tedavi edilenler diğer yöntemlerle tedavi edilenlere göre en az iki kat daha uzun süre yaşadıkları gözlemlenmiştir.

MİNYATÜRİZASYON Mini gaz sensörleri Sürtünmesiz yüzeyler

HİDROJEN EKONOMSİ: Ti kaplanmış karbon nanotüplerde yüksek verimli hidrojen depolama

Etilen-Ti komplekslerinde hidrojen depolama:%14.4

AKTİF NANOMALZEMELER Zigzag Grafin Şerit Spin durumlarının tutsaklanması M. Topsakal, H. Sevinçli, S. Çıracı Spin UP Spin Down Spin UP Spin Down 16

NANOMALZEMELER: SU VE KİR TUTMAYAN YÜZEYLER Yosun ve deniz hayvanlarının tutunamadığı boyalar ve yüzeyler Audi Allroad Quattro 2006 Ön cam ve yan aynalar için, suyu ve kiri iten çok ince bir filmler 17

YENİ BİR FABRİKASYON TEKNİĞİ Amaç: Litografi veya self-assembly yöntemlerini kullanmadan nanometre boyutundaki yapıları kilometrelerce uzunlukta elde etmek. Elde edilen minimum boyut < 30 nm 18

Tek-molekül algılayabilen sensörler NANOAYGITLAR: ÇOK HASSAS SENSÖRLER 1~2 mikron Nano-osilatör yardımı ile biyolojik/kimyasal algılayıcı Tek-molekül algılayabilen sensörler Manyetik alan ölçümü (pikoTesla civarında hassasiyet) Fotonik kristal lazerler

Sanayi devrimlerinin Türkiye’ye yansımaları Teknoloji transferi yapılarak sanayileşme 1970 de Türkiye ve Kore karşılaştırılması Bilimsel ve teknolojik araştırmaya dayalı teknoloji geliştirme ABD, Japonya, AB, İsrail, Kore, Çin....... Araştırmaya dayalı teknoloji yaratamadığımızdan bazı sanayi ürünlerimiz pazarlarda zorluklarla karşılaşıyor Rand Corporation ülkeleri nanoteknoloji patansiyellerine göre dört gruba ayırdı. Birinci grubda ABD, Almanya, Japonya, İngiltere, Kore, İsrail bulunuyor. Türkiye üçüncü grubda yer alıyor.

KARŞILAŞTIRMA: Türkiyeinin Bilim ve Teknolojideki yeri 1996-2005 (10 yıl) arasında uluslararası dergilerinde yayınlanan makalelerin tümü h-indeks: Bir araştırmanın uluslararası çevrede ne kadar etkili olduğunu gösteren değer Stanford Üniversitesi, Türkiyeden yaklaşık 50 kattan daha fazla etkili araştırma yapıyor.

UNAM: ULUSAL NANOTEKNOLOJİ ARAŞTIRMA MERKEZİ Laboratuvar sayısı: 62 Toplam laboratuvar ve ofis alanı: 9000 m2 Araştırmacı sayısı: Doktoralı 100, öğrenci 300 Toplam yatırım (bina): 20 Million $ Toplam yatırım (cihaz): 100 Million $ ( 3-4 yıl)

VİZYON Üniversitelerden, kamu ve özel sektörden, kobilerden uzmanların günde 24 saat araştırma yapabilecekleri eksiksiz ve gelişmiş bir alt yapıyı hazırlamak, ihtiyaç duyulan know-how sağlamak. Yurt dışında yerleşmiş bilim adamlarımızın ülkelerine teknoloji transfer edecekleri bir platform oluşturmak.

UNAM’ın ÇALIŞMA ŞEKLİ Çalışma prensibi çok disiplinli ulusal işbirliği. Araştırma altyapısı, bilgi ve uzmanlığın paylaşımı. UNAM UZMANLARI UNAM uzmanları Teknoloji KULLANICILAR Altyapı GRAD ÖĞRENCİLER

SEM, TEM, FIB, E-BEAM

SON 6 AY İÇİNDE YAPILAN ÇALIŞMALAR Hidrojen depolamada rekor %14 wpt. Silicene: İzafiyet kuramı prensiplerine göre çalışacak olan yeni bir nanomalzeme. Kabon atom sicimi. Sürtünmesiz hareket için yeni bir malzeme. PV bazlı güneş pillerinin verimini 4 kat artıran konsantratör. CD ve DVD lerde kırılmayan şifreleme yöntemi. Ameliyatlarda kullanılacak kızılötesi lazer ışınlarını istenilen yere taşıyan fiber.

BAZI PROJELERİMİZ Kullanılmayan bomba ve kansorejen TNT’nin gübreye dönüştürülmesi Güneydoğu Anadolu sulama sisteminin tıkayan zebra midyelerinden arındırılması. Balık çiftliklerinin çevreye verdiği zararın giderilmesi. Yaraların çok çabuk iyileşmesini sağlayan sargı bezleri.

SONUÇ Nanoteknoloji ülkeler arasında bir teknoloji ve pazar yarışına dönüşmüştür. Nanoteknoloji ürünlerinin yüksek katma değere sahip olmaları gelişmekte olan ülkeler aleyhine dış ticarette dengeleri bozacaktır. Türkiye’de nanoteknoloji konusu bir devlet politikası olmalıdır.