Malzeme bilimi alanında çalışan bilim insanları ve mühendisleri nanomalzeme katılarını sentezleme yöntemlerinin iyileştirilmesine yönelik önemli gelişmeler elde ettiler. Bu yazıda nanoteknoloji alanındaki söz konusu gelişmeleri kısaca ele alacağız.
Nanoteknoloji ile eşi görülmemiş fırsatlar yeni nesil mühendislik ürünleri için ortaya çıkar. Örneğin, atom kümeleri (nanonoktalar, makromoleküller), nanokristal yapılı malzemelerdir (büyüklüğü 100 nm’den daha az), fiberlerin çapı 100 nm’den daha az (nanotüpler ve nanoçubuklar), filmlerin kalınlıkları da 100 nm’den daha az olması daha öte yeni nanobileşenler ve malzemelerin gelişiminde iyi bir zemin sağlar.
Bu yazı NetBilim Dergisi'nin Eylül 2010 sayısı için hazırlanmıştır.
Buckyball, elektronları “kabul etme” yeterliliği nedeniyle birçok heyecan verici uygulamalarıyla birlikte malzeme bilimi ve kimyanın seçkin alanı hâline geldi. Karbon nanotüpler yakıt hücrelerinde güvenli, etkili ve risksiz hidrojen gazının depolamasında gelecek vaad edici bir potansiyele sahiptir. Bu durum, içten yanmalı motorların yerine, yakıt hücrelerinin kullanım alanlarının geniş olmasıyla beklentileri artırmaktadır. Nanotüplerin potansiyelinden petrol ve gaz endüstrisinde de daha fazla yararlanılabilinir. Nanotüp pazarı 2005 yılında 1.35 milyar dolar gibi bir rakamı yakalamıştı. Nanoteknoloji yeni gaz sensörleri, optik sensörleri, kimyasal sensörler ve biyo implantlar için diğer enerji dönüşüm aygıtları için sayısız uygulamalar sunuyor.
Güneş Hücreleri
Titanyum dioksit (TiO2) gibi nanogözenekli oksit filmler fotovoltaik hücre teknolojisi geliştirilmesinde kullanılırlar. Nanoparçacıklar güneş enerjisinin absorbe edilmesini iyileştirirler ve onlar güneş enerjisini az absorbe eden geleneksel metaller üzerine çok ince katmanlarla kullanılabilirler. Yeni güneş hücreleri, yük transferi ortamında gömülü nanofilmlere, yarıiletken nanoparçacıklara ve nanotüplere dayanmaktadır. 10-20 nm çapındaki TiO2 nanometrik parçacıkların pekiştirilmesiyle oluşan filmler yüksek yüzey alanı, şeffaflık, mükemmel kararlılık ve iyi elektriksel iletkenlik gibi özellikler gösterir. Tüm bu özellikleri ile fotovoltaik uygulamalar için ideal bir malzemedir. Gözenekli olmayan oksit filmler fotovoltaik uygulamalar için son derece umut verici malzemelerdir. Nanoteknoloji ucuz ve yüksek verimli güneş hücreleri üretimi için çok sayıda fırsat sunar.
Nanofiberler
Çin ve Birleşik Krallık’ta nanokarbon fiberler son yıllarda üretilen en yeni nanoyapılardandır. Nanofiberlerin üretimi vücut zırhı gibi koruma amaçlı dokumanın kullanım potansiyelini sunmaktadır. Geleceğin asker üniformaları, kimyasal kirlilikler, zehirlenmeler ve düşman tehlikeleri karşısında koruma sağlayan ve askerlerin bacağı kırıldığı zaman destek olabilen özellikleri ile yumuşak dokumalı ultra güçlü ürünler haline gelecek nanofiberler sayesinde.
Sensörler
Nanoteknoloji yeni nesil basınç, kimyasal, magneto direnç ve çarpışma engelleyici otomobil sensörlerin üretimine sınırsız fırsatlar sunuyor. Yeni sensörler, daha iyi fotovoltaik hücreler, savunma, hava-uzay ve otomobiller için daha hafif ve güçlü malzemeler gibi birçok yeni uygulamalar hâli hazırda kullanımdalar ve karşıt korozyon kaplama, sert ama çok sert şeyleri kesme araçları gibi uygulamalar ve medikal implantlar ile 1 nm büyüklüğünde çipler 5-15 yıl içinde gelişecek başka özelliklerdir. Vücudumuzun uzuvları için nanorobotlar, ultra hızlı işlemciler, nanoelektronik bileşenler için nanoyapılı malzemeler hâlâ emekleme aşamasında olan çalışmalardır.
Harcama ve Yatırım
Dergimiz NetBilim'in Eylül 2010 sayısında nanoteknolojiye ilişkin detaylı yazıları ücretsiz olarak okuyabilirsiniz.
Nanoteknolojiyi çevreleyen abartılı reklamlara rağmen, son beş yıl içinde elde edilen ilerleme son yıllardaki kamu harcamaları göz önüne alındığında olağanüstüdür. Nanoteknoloji için küresel toplam yatırım geçtiğimiz yıllarda 5 milyar avro civarında idi. Bu rakamın 2 milyar avro kadarı özel sektörden gelmektedir.
Ultra Hafif Malzemeler
Bilim insanları ve mühendislerin şimdiye kadar bilmediği bir atom altı seviyede özellikleri ve yapılarıyla olağanüstü malzemelerin geliştirilmesi ve enerji, malzeme ve yakıt tasarrufu için ultrahafif malzemelerin geliştirilmesi konusunda nanoteknoloji, anahtar bir teknoloji görünümündedir. Platin (Pt), Paladyum (Pd) nanoölçek katmanları kullanılarak dizel oksidan, nanokatalizatörün gelecekteki gelişimi ile gelişmiş çevre katilleri duman, çevre kirlilikleri ve toksik tarım ilaçları ortadan kaldırılabilirler ve insanların sağlıklı bir hava soluması mümkün olmuş olacak. Nanofiltrelerin iyileştirilmesi ile 30 nm’den daha az büyüklüklerdeki bakterilerin filtrelenmesi sağlanmış olacak ve %99.999997’lik bir saflıkta bakterilerden arındırılmış su elde edilebilecek. Nano-çağ yeniliklerinin çığ gibi geleceği ile var olan çiplerin yerini süperçipler alacak, çiplerin dışında plastik yarıiletkenler, daha güçlü ve daha hafif jet uçakları, askerler için şaşırtıcı görünmez giysiler, süper yakıt hücreleri ve süper bataryalar bu yenilikler arasında yerini alacak. Gelecek 20 yıl, nanomalzemeler üzerine konular içeren tüm malzeme bilimi ders kitapları ve lise kimya kitabında bir fulleren molekülü (C60) tanımlandığı zaman nanoteknolojinin yeni devri tamamen hayatımıza girmiş demektir.
Gökhan Atmaca, MSc – facebook.com/anadoluca | twitter.com/kuarkatmaca
Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu
Kuark Moleküler NanoBilim Araştırma Grubu
Kaynak:
http://www.azonano.com/details.asp?ArticleID=1718
