Nanoteknoloji

Nanoteknoloji, maddenin atomik ve moleküler ölçekte kontrolü ile ilgili bilim ve teknolojinin bir parçasıdır - bu, yaklaşık 100 nanometre genişliğinde olan şeyler anlamına gelir

Nanoteknoloji, elektronik cihazlar, katalizörler, sensörler vb. gibi bu kadar küçük parçalar kullanan ürünlerin yapımını içerir. Bunun ne kadar küçük olduğu konusunda size bir fikir vermek için, bir inçte 400 mildeki inç sayısından daha fazla nanometre vardır.

Bunun ne kadar küçük olduğuna dair uluslararası bir fikir vermek gerekirse, bir santimetrede 100 kilometrede bulunan santimetre kadar nanometre vardır.

Nanoteknoloji, uygulamalı fizik, malzeme bilimi, arayüz ve kolloid bilimi, cihaz fiziği, kimya, supramoleküler kimya (moleküllerin kovalent olmayan bağ etkileşimlerine odaklanan kimya alanını ifade eder), kendini kopyalayan makineler ve robotik, kimya mühendisliği, makine mühendisliği, biyoloji, biyoloji mühendisliği ve elektrik mühendisliği gibi birçok farklı alandan bilim insanlarını ve mühendisleri bir araya getirir.

Genelde insanlar nanoteknolojiden bahsederken 100 nanometre veya daha küçük boyuttaki yapıları kastederler. Bir milimetrede bir milyon nanometre vardır. Nanoteknoloji bu boyutta malzemeler veya makineler yapmaya çalışır.

İnsanlar nanoteknoloji alanında birçok farklı türde çalışma yapıyor. Mevcut çalışmaların çoğu, ışığı saçma, X ışınlarını emme, elektrik akımlarını veya ısıyı taşıma vb. gibi özel özelliklere sahip nanoparçacıklar (nanometre boyutunda parçacıklar) yapmaya yöneliktir. Alanın daha "bilim kurgu" ucunda, daha büyük makinelerin küçük kopyalarını yapma girişimleri veya kendi kendini yapan yapılar için gerçekten yeni fikirler var. Nano boyuttaki yapılarla yeni malzemeler mümkündür. Tek atomlarla çalışmak bile mümkündür.

Nanoteknolojinin geleceği ve tehlikeleri hakkında pek çok tartışma yapılmıştır. Nanoteknoloji tıpta, bilgisayarlarda ve temiz elektrik üretiminde (nanoelektromekanik sistemler) yeni nesil güneş panellerinin ve verimli düşük enerjili aydınlatmanın tasarlanmasına yardımcı olmak gibi çok faydalı olabilecek yeni malzemeler ve araçlar icat edebilir.) Öte yandan, nanoteknoloji yenidir ve bilinmeyen sorunlar olabilir. Örneğin, malzemelerin insan sağlığı ya da doğa için kötü olması gibi. Ekonomi ve hatta Dünya'nın kendisi gibi büyük doğal sistemler üzerinde kötü etkileri olabilir. Bazı gruplar nanoteknolojinin kullanımına ilişkin kurallar olması gerektiğini savunmaktadır.

Tipik nanoyapı geometrileri.

Nanoteknolojinin başlangıcı

Nanoteknoloji fikirleri ilk olarak bilim adamı Richard Feynman'ın 29 Aralık 1959'da Caltech'teki Amerikan Fizik Derneği toplantısında yaptığı "There's Plenty of Room at the Bottom" adlı konuşmada kullanılmıştır. Feynman, daha küçük aletler inşa etmek ve bu ölçekte çalışmak için atomları tek tek hareket ettirmenin bir yolunu tarif etti. Yüzey gerilimi ve Van der walls kuvveti gibi özellikler çok önemli hale gelecektir.

Feynman'ın basit fikri mümkün görünüyordu. "Nanoteknoloji" kelimesi Tokyo Bilim Üniversitesi Profesörü Norio Taniguchi tarafından 1974 tarihli bir makalede açıklanmıştır. Nanoteknolojinin malzemeleri bir atom ya da bir molekülle değiştirme işi olduğunu söyledi. 1980'lerde bu fikir, nano ölçekli olayların önemi hakkında konuşan ve yazan Dr. K. Eric Drexler tarafından incelendi. "Yaratılışın Motorları: The Coming Era of Nanotechnology" (1986) adlı kitabının nanoteknoloji üzerine yazılmış en iyi kitap olduğu düşünülmektedir. Nanoteknoloji ve Nano bilim iki önemli gelişme ile başlamıştır: küme biliminin başlaması ve taramalı tünelleme mikroskobunun (STM) icadı. Kısa bir süre sonra karbon içeren yeni moleküller keşfedildi - ilk olarak 1986'da fullerenler ve birkaç yıl sonra karbon nanotüpler. Bir başka gelişmede, insanlar yarı iletken nano kristallerin nasıl yapılacağını inceledi. Birçok metal oksit nanoparçacığı artık kuantum noktaları (tek elektronların davranışının önemli hale geldiği nanoparçacıklar) olarak kullanılmaktadır. 2000 yılında Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Nanoteknoloji Girişimi bu alanda bilimi geliştirmeye başladı.

Nano malzemelerin sınıflandırılması

Nanoteknoloji, bir, iki ve üç boyutlu nanoparçacıklar olarak sınıflandırılabilen nanomalzemelere sahiptir. Bu sınıflandırma, ışık saçma, x ışınlarını absorbe etme, elektrik akımı veya ısı taşıma gibi sahip olduğu farklı özelliklere dayanmaktadır. Nanoteknoloji, çok sayıda geleneksel teknolojiyi ve farklı bilimsel disiplinleri etkileyen multidisipliner bir karaktere sahiptir. Atomik boyutta bile ölçeklendirilebilen yeni malzemeler üretilebilmektedir.

Gerçekler

Bir nanometre (nm) 10⁻⁹ veya 0.000.000.001 metredir.
İki karbon atomu bir molekül oluşturmak üzere bir araya geldiğinde aralarındaki mesafe 0,12-0,15 nm aralığındadır.
DNA çift sarmalı bir taraftan diğerine yaklaşık 2 nm'dir. DNA nanoteknolojisi yeni bir alan olarak gelişmektedir. Gelecekte DNA manipüle edilebilir ve bu da yeni bir devrime yol açabilir. İnsan genomu ihtiyaçlara göre manipüle edilebilir.
Bir nanometre ve bir metre, golf topu ve Dünya arasındaki boyut farkı ile aynı olarak anlaşılabilir.
Bir nanometre, insan saçının yaklaşık yirmi beş binde biri çapındadır.
Tırnaklar saniyede bir nanometre büyür.

Nanomalzemenin fiziksel özellikleri

Nano ölçekte sistemin veya parçacıkların fiziksel özellikleri önemli ölçüde değişir. Elektronların çok küçük parçacık boyutları için farklı hareket ettiği kuantum boyutu etkileri gibi fiziksel özellikler. Makroskobik sistem mikroskobik sisteme dönüştüğünde mekanik, elektriksel ve optik gibi özellikler değişir ki bu son derece önemlidir.

Nano malzemeler ve partiküller, reaksiyon hızını artırmak için katalizör görevi görebilir ve diğer katalizörlere kıyasla daha iyi verim üretebilir. Parçacık nano ölçeğe dönüştürüldüğünde en ilginç özelliklerden bazıları, genellikle ışığı durduran maddelerin şeffaf hale gelmesi (bakır); bazı malzemeleri yakmanın mümkün hale gelmesi (alüminyum); katıların oda sıcaklığında sıvıya dönüşmesi (altın); yalıtkanların iletken hale gelmesidir (silikon). Normal ölçeklerde diğer kimyasallarla tepkimeye girmeyen altın gibi bir malzeme nano ölçeklerde güçlü bir kimyasal katalizör olabilmektedir. Sadece nano ölçekte görebildiğimiz bu özel nitelikler nanoteknolojinin en ilginç yanlarından biridir.

Sorular ve Yanıtlar

S: Nanoteknoloji nedir?

C: Nanoteknoloji, maddenin atomik ve moleküler ölçekte kontrolü ile ilgili bilim ve teknolojinin bir parçasıdır ve elektronik cihazlar, katalizörler, sensörler vb. gibi bu kadar küçük parçaları kullanan ürünler yapmayı içerir.

S: Nanometreler ne kadar küçüktür?

C: Nanometreler inanılmaz derecede küçüktür - bir inçte 400 milde bulunan inç sayısından daha fazla nanometre vardır. Bunun ne kadar küçük olduğuna dair uluslararası bir fikir vermek için, bir santimetrede 100 kilometrede bulunan santimetre kadar nanometre vardır.

S: İnsanlar nanoteknoloji alanında ne tür işler yapıyor?

C: Nanoteknoloji alanında çalışan insanlar, ışık saçmak veya X-ışınlarını emmek gibi özel özelliklere sahip nanoparçacıklar (nanometre boyutunda parçacıklar) yapmaya çalışırlar. Ayrıca daha büyük makinelerin küçük kopyalarını ya da kendi kendini yapan yapılar için gerçekten yeni fikirler üretmeye çalışırlar. Nano boyuttaki yapılarla yeni malzemeler yapılabilir ve hatta tek atomlarla çalışmak bile mümkündür.

S: Nanoteknolojinin ne gibi potansiyel uygulamaları var?

C: Nanoteknolojinin tıp, bilgisayarlar ve temiz elektrik üretimi (nanoelektromekanik sistemler) dahil olmak üzere birçok farklı alanda potansiyel uygulamaları vardır. Ayrıca yeni nesil güneş panellerinin ve verimli düşük enerjili aydınlatmanın tasarlanmasına da yardımcı olabilir.

S: Nanoteknolojinin kullanımıyla ilgili herhangi bir risk var mı?

C: Nanoteknolojinin kullanımıyla ilgili bilinmeyen sorunlar olabilir, örneğin kullanılan malzemelerin insan sağlığı veya doğa için kötü olması gibi. Ekonomi ve hatta Dünya'nın kendisi gibi büyük doğal sistemler üzerinde kötü etkileri olabilir, bu nedenle bazı gruplar kullanımına ilişkin kurallar konulması gerektiğini savunmaktadır.

S: Ne tür bilim insanları nano teknoloji üzerinde çalışır?

C: Nano teknoloji üzerine çalışan bilim insanları uygulamalı fizik, malzeme bilimi, arayüz ve kolloid bilimi, cihaz fiziği, kimya supramoleküler kimya kendini kopyalayan makineler ve robotik kimya mühendisliği makine mühendisliği biyoloji biyoloji mühendisliği elektrik mühendisliği vb. gibi birçok farklı disiplinden gelmektedir.