Nanoteknoloji nanoölçekteki malzemelerin karışımından daha fazlasıdır; malzemeleri kontrol etmek ve hassas bir şekilde işlemek için ve anlamak için deneysel beceri gerektirir.
Nanoteknoloji, fizik, kimya, biyoloji, malzeme bilimi ve mühendislik gibi farklı alanların nano ölçekte birleştiği yeni ve geniş bir bilimi kapsar. Nanoölçekli malzemelerin doğada olduklarını da anlamak önemlidir. Örneğin, kırmızı kan hücrelerinde bulunan oksijen taşıyan protein olan hemoglobinin çapı 5.5 nanometre (nm)’dir. Dolayısıyla doğada birçok şekilde ve yerde nano ölçekte yapılar bulunmaktadır ve bunlardan bazıları da canlılık için önemli fonksiyonlara sahiptir.
Hemoglobin bilgisayar simülasyonu ile oluşturulan kan içinde doğal olarak bulunan nanoölçekli proteinin görüntüsü (Image: U.S. Centers for Disease Control)
Doğal olarak ortaya çıkan nanomalzemeler, yangın, volkanik kül ve deniz spreyinden gelen duman biçiminde çevremizde bulunmaktadır. Bazı nanomalzemeler insan faaliyetinin bir yan ürünü olan otobüs, otomobil egzozu ve kaynak makinesi dumanında da bulunmaktadır.
Nanoölçek boyutu 1-100 nm arasındadır. Nanoölçekte bilim yani o ölçekte çalışmak nanoölçek malzemelerin çeşitli boyut ve türlerinin anlaşılmasını gerektirir. Nano malzemelerin farklı türleri, onların birbirinden farklı şekilleri ve boyutlarına göre adlandırılmıştır. Bu türleri bir veya birden fazla nanometre büyüklüklü boyuta sahip parçacıklar, tüpler, teller, ince filmler veya kabuklar olarak düşünebilirsiniz. Örneğin, karbon nanotüpler nanoölçekte bir çapa sahiptirler, ama yüzlerce nanometreden daha büyük türleri de vardır. Nanofilmler veya nanoplakalar nanoölçekte bir kalınlığa sahiptirler ama onların diğer iki boyutluları çok daha büyük olabilir.
Burada kilit nokta nanomalzemelerin kendi özel özelliklerinin avantajlarından yararlanarak onları görmek ve manipüle edebilmektir. Özel mikroskoplarının bulunuşu, bilim insanlarına nanoölçekte çalışabilmelerine olanak vermiştir. Bu yeni buluşların ilki taramalı tünelleme mikroskobudur. Esas olarak nesneleri ölçmek için tasarlanmış olsa da, aynı zamanda karbon nanotüpler gibi küçük nesneleri de bu mikroskoplar aracılığıyla hareket ettirebilirsiniz. Bu sürecin, ilk örneğini IBM’deki araştırmacılardan Don Eigler ve arkadaşları IBM’in şirket logosunu atomlarla yazarak 11 Kasım 1989’da gerçekleştirdiler. O ve ekibi tam anlamıyla bakır atomlarından oluşan bir arka plan üzerine 35 tane Xenon atomlarının hareket ettirilmesini sağlamışlardır.
IBM logosu bakır tabaka üzerine 35 Xenon atomları ile yazılmıştır.
Yakın zamanlarda Hari Manoharan liderliğindeki Stanford Üniversitesi araştırma ekibi elektron başına 35 bit kodlama yaparak ve sadece 0.3 nanometre genişliğinde, maddenin atom altı bitlerinden oluşan çok küçük harfleri yazarak başarmışlardır. Diğer bir deyişle, onların amacı atomdan daha küçük parçacıklarla Stanford baş harflerini yazarak, IBM tarafından belirlenen rekoru kırmaktı. Böyle atomların hareket ettirilerek oluşturulan logo çalışmaları maddeyi daha büyük bir hassasiyetle manipüle edilebilmesinin mümkün olduğu gösterilmiştir.
Bugün, dünya çapında üniversiteler ve şirketler, araştırmacılar ve bilim insanlarının sayesinde; araba ve uçaklar için yakıt maliyetini azaltmakla birlikte güçlü ve hafif malzemelerle hastalıkların tedavilerini sağlayabilecek tıbbi cihaz ve ilaçları, yeni ürünler ve uygulamaları nanomalzemeler tarafından üretilmektedir.
Ece Kutlu / KuarkMNB
Gazi Üniversitesi Fizik Bölümü
Kaynak: http://www.nano.gov/nanotech-101/what/working-nanoscale
