NANO NEDİR?

NANOTEKNOLOJİ'yi anlatmadan önce bu teknolojiye adını vermiş olan NANO'nun ne olduğuna bir bakalım.

NANO bir ölçü birimi olup, Yunanca "Cüce" anlamındaki Nanos kelimesinden türetilmiştir. Bir şeyin milyarda biri demektir.

NANOMETRE bir metrenin milyarda biridir. Diğer tabiriyle milimetrenin milyonda biri, mikronun binde biridir. Bu o kadar küçük ölçü birimidir ki bunu daha iyi kavrayabilmemiz için bizim çok çok küçük diye tanımladığımız bazı nesnelerle mukayese edersek;

- İnsan saç telinin çapı : 80.000 nanometre (nm) dir.
- Hidrojen atomu boyutu : 0.1 nm' dir.
- DNA Boyutu : 2,5 nm' dir.
- Hücre Boyutu : 1000 nm' dir.
- Kitaptaki (İ) harfindeki nokta yaklaşık : 1.000.000 nm'dir.
- Virüsün büyüklüğü : 100 nm'dir.

NANOMETRE (nm) birimi  hem nano ölçümlemede hem de nano işlemede kullanılacağı için bunu açıklamakta yarar gördüm.

NANOTEKNOLOJİ NEDİR?

"NANOTEKNOLOJİ genel anlamda, atomları ve molekülleri tek tek işleme ve molekülleri oluşturan atom kombinezasyonlarını (dizilişini) değiştirerek yeniden düzenleme yoluyla kullanışlı ve farklı materyal yaratma sanatı ve bilimidir."

Eskilerin tabiri ile bir nevi simyacılıktır. Her ne kadar 12. ve 13. asırlarda batıda simyacılık batıl inançların etkisi ile aşağılanmış ve horlanmış, hatta cezalandırılmış ise de geçmiş simyacılar yaptıkları çalışmalarla kimya biliminin doğuşuna öncülük etmişlerdir.

Simyacılık batıda ve doğuda farklı yorumlanmıştır. Batıda simyacılık; basit metalleri altına çevirmek, şifa ve ölümsüzlük iksiri gibi ortaçağ arayışları olarak görülmüştür. Bu kişiler yaratıcılığa soyundular ve tanrılaşmaya yöneldiler, suçlamaları ile bağnaz ve gerici Hıristiyan Kiliselerince cezalandırılmışlardır.

Çin, Hint ve Grek metinlerinde ise simyacılık; bir sanat, maddeler üzerinde radikal ve faydalı değişim, dönüşüm olarak tarif edilmiştir. Yani bugünkü NANOTEKNOLOJİ uygulamalarına benzer bir faaliyet olarak kabul edilmiştir. O zamanlar simya ile uğraşan kişiler bilgi ve sırlarını o kadar büyük bir gizlilikle saklıyordu ki bugün bile bu faaliyetlerin nasıl yürütüldüğü hakkında kesin bir bilgi yok. Fazla abartılı bir tahmin olsa da; belki de bu kişiler NANOTEKNOLOJİ'den haberdarlardı ve bu sırrı hep sakladılar.

NANOTEKNOLOJİ'ye göre, bir maddenin moleküllerinin içindeki atomların kombinezonlarını yani birbirlerine bağlanma düzenlerini değiştirerek, farklı yapıda maddeler elde edilebilmektedir. Söz gelimi camın molekülleri içindeki atomların dizilimleri ile oynayarak, pekala camı katlanıp cebe konulur yeni bir maddeye dönüştürebiliriz.

Evrende temel maddelerden birisi KARBON olup tüm varlıkların temel yapı taşıdır. Mesela kömür karbon atomundan oluşmaktadır. Keza elmas da karbon atomundan oluşmaktadır. Aynı atomdan meydana gelen bu iki madde arasında uçurumlar vardır. Birisi en basit maddeler sınıfında, diğeri en değerli maddeler sınıfında bulunmaktadır. Bu farka sebep olan şey sadece kömür ve elması meydana getiren moleküllerin içindeki karbon atomlarının farklı bir dizilimle birbirlerine bağlanmış olmalarıdır.

NANOTEKNOLOJİ'ye göre kömür moleküllerinin içerisindeki atomların dizilişini, elmas moleküllerinin içindeki atomların diziliş şekline getirebilirsek pekala kömürü elmasa dönüştürebiliriz. En basit anlamıyla bu uygulamaya NEOTEKNOLOJİ denir.

NEOTEKNOLOJİ tabiatta ve çevremizde doğal olarak uygulanmış olmanın yanında, laboratuvarlarda , endüstride kimyasal ve fiziksel metotlar kullanılarak uygulanmaktadır.

Ancak bütün bu uygulamalar atom ve virüs düzeyinde olacağı için buradaki nano ölçümlemelerinde 0,1 nm (atom) ile 100 nm (virüs) arasında olabileceği kabul edilmektedir. Ayrıca pek çok materyal, tek başlarına 100 nm'nin altında bir ölçüye daraltıldıklarında, kuantum mekaniği güçlerine bağlı olarak, maddeler daha iletken bir hale gelebildiği gibi  ısıyı daha iyi transfer edebilme ve otomatik seviyede bir dizi benzersiz özellikler göstermeye başlıyorlar. Bu kadar küçük ölçeklerde çalışmak ve üretim yapmak pek tabii ki yüksek teknolojiye sahip olmayı gerektirmektedir.

1959 yılının sonlarında Fizikçi Richard Feyman "Altlarında kullanılacak daha çok oda var" başlıklı bir seminer vermiş ve bu seminerde şöyle demiştir. "Benim gördüğüm kadarıyla fiziğin kuralları içinde, nesneleri atom bazında manevralar yaparak işlemiyle aykırı bir durum söz konusu değildir." İşte bu söylem NANOTEKNOLOJİ fikrinin kıvılcımı olmuştu. Bu tarihten sonra akademik geçmişleri olan bilim adamları, atomik seviyede çalışmaları başlatarak hassas araçlar geliştirmişlerdir. 1990'lı yılların başından itibaren özellikle gelişmiş ülkeler bu yeni teknolojiye büyük fonlar ayırmaya başlamışlardır. İlk defa 2000 yılında Amerika Başkanı Bill Clinton tarafından en kritik ve öncelikli yatırım alanı ilan edilmiş ve ulusal NANOTEKNOLOJİ girişimine 422 Milyon US $ fon ayrılmıştır. Bu teknolojinin stratejik önemi nedeni ile Başkan Bush yönetimi bu fonu 710 milyon US $'a çıkarmıştır.

Son 15 yılda Amerika NANOTEKNOLOJİ'ye 5 Milyar US $, Japonya aynı dönemde 4 Milyar US $, Avrupa Birliği ise yaklaşık 5 Milyar Euro tahsis etmiştir. Avrupa'da Almanya başta olmak üzere, gelişmiş Avrupa ülkelerinin yanında komşumuz Yunanistan ve İsrail'de de bu teknolojiye büyük meblağlar ayırmış bulunmaktadır. Asya'da Çin, Hindistan, Güney Kore, Tayvan, Pakistan, İran bile bu teknolojiye büyük meblağlar ayırmaktadırlar. Ayrıca üniversitelerinde büyük çapta araştırmalar başlatmış bulunmaktadırlar. Türkiye'de ise sadece Bilkent Üniversitesinin bünyesinde ULUSAL NANOTEKNOLOJİ ARAŞTIRMA MERKEZİ (UNAM) projesi yaklaşık 30 Milyon YTL yatırımla hayata geçirilmiş ve TUBİTAK tarafından Gebze'de 30 Milyon US $ civarında bir NANOTEKNOLOJİ ARAŞTIRMA MERKEZİ kurulmuştur. Devlet üniversitelerimiz ise zaten günlük giderlerini karşılamaktan aciz olduğu için NANOTEKNOLOJİ'ye yatırım yapacak kaynağa sahip değildirler. Ancak mevcut imkanları ile ne yapabilirlerse o kadar münferit çalışma yapabilmektedirler. Türkiye gelişmiş ve gelişmekte olan ülkelerle mukayese edilirse bu konuda da yatırım fakiridir.

Dünya'daki devrim yapan olaylara baktığımızda Taş Devrimi, Tunç Devrimi, Çiftçilik ve Hayvancılık Devrimi, Sanayi Devrimi, Tekstil Devrimi, Elektronik Devrimi, Bilgisayar Devrimi gibi devrimler toplumların yapısını değiştirmiş olan devrimlerdir.

2000'li yılların devrimi de NANOTEKNOLOJİ devrimi olacaktır. Öyle bir devrim olacaktır ki; dünyadaki bütün yapılanmalar kökünden değişecek ve yaşam düzeyleri dahil neredeyse her şey yerinden oynayacaktır. Yeni teknolojiler ve yeni üretimler nedeni ile yeni meslek grupları oluşacaktır. Alışılmış sanayi ürünlerinin çoğu yok olacağı için bu sektörlerde çalışanların büyük bir kısmı işlerini kaybedecek ve yeni meslekler oluşacaktır. NANOTEKNOLOJİ araştırmalarının ve üretimlerinin sonucunda önümüzdeki 50 yılda dünyanın çehresi tümüyle değişecektir. Sadece Amerika 2015 yılında NANOTEKNOLOJİ ürünleri satışından 3 Trilyon US $ gelir bekliyor. Çin NANOTEKNOLOJİ için 1 Milyon Uzman hazırlıyor. Bir nesil içerisinde neredeyse dünya yaşamının çehresi değişecektir. Bulunduğumuz bu noktada gelişmiş ve gelişmekte olan ülkeler arasında açılmış fazla bir ara ve kaybedilmiş fazla bir şey yok , yeter ki bu konuya gereken önem verilsin ve gerekli kaynak ayrılsın, vakit kaybedilmeden bu işe yoğun bir şekilde başlanılsın. O zaman her şey yeniden yapılanmakta olacağı için ülkemizde diğer ülkelerle aynı gelişmişlik seviyesine ulaşacaktır. Ancak bizi yönetenlerde böyle bir niyetin olduğunu göremiyorum. Daha doğrusu bu gerçeği kavradıklarının işaretlerini göremiyorum. Yoksa diğer ülkeler milyarlarca dolar kaynak ayırırken biz sadece 40 - 50 Milyon US $ yatırımlarla bu işte biz de varız demeye kalkmayız.

İnsan kaynağı bakımından en şanslı ülkeyiz, fakat bu katara katılma niyeti bakımından en zayıf ülkeyiz. Günlük çekişmeler yerine gündeme geleceğimizle ilgili bu konuların getirilip, çözümlerin bulunması lazım. Aksi halde bugünün gençleri yarının teknolojide geri kalmış bir ülkenin çocukları olacaktır. Bir medya şirketinin satışında bile milyar dolar kaynağı rahatça bulabilen bir ekonomik düzende, böyle hayati bir devrimi yaşatacak kaynakta bulunabilir, hem araştırmalar genişletilir ve hem de binlerce gencimize iş sahası açılarak geleceğin uzman bilim adamları yetiştirilir diye düşünmekten kendimi alamıyorum.

Büyük belediyelerimizin yaptığı keyfi ve lüks yatırımları kısabilsek sadece bu tasarruflardan ülkenin muhtelif yerlerine onlarca araştırma merkezleri kurabiliriz. Lütfen bu treni kaçırmayalım. Üniversitelerimizin başına abuk sabuk şeylerle uğraşan kişileri değil, teknolojik devrimleri yönetecek aydın kişileri getirelim derim.
 

NANOÜRETİM METOTLARI

NANOÜRETİM iki şekilde olmaktadır.

1. Tabiatta doğal ortamda oluşan Nanoüretim;

Buna en canlı örnekler Lotus çiçeğinin yaprakları, kelebek kanatları ile tavus kuşu tüylerinin çok güzel renklerden oluşması , soğuk havalarda camlarda oluşan kırağılar ve denizden çıkarılan süngerler...

Lotus bitkisi genellikle çamurlu nehirlerde ve göllerde yetişmesine rağmen her türlü koşullarda yaprakları kirlenmez pırıl pırıl parlar. Lotus yaprağının yüzeyinde bulunan nano seviyesindeki çukur ve tepecikli yapı sayesinde bitkinin yaprakları kesinlikle ıslanmaz. Su damlacıkları eğimli yaprak yüzeyinden toprağa doğru kayarken üzerindeki çamuru ve her türlü kiri beraberinde sürükleyerek kendi kendini temizler.

Nono bilimcileri bugün lotus yaprağının bu özelliklerini taklit ederek boyaların, kumaşların ve diğer pek çok yüzeyin hem kuru kalmasını  hem de kendi kendini temizleyebilme özelliğini kazanabilmesi için yeni yöntemler geliştirmektedirler.

Kelebeklerin ise kanatlarındaki parlak, canlı ve çok renklilik girişim ve saçılım mekanizmaları sağlayan küçük pulcuklar tarafından oluşturulur.

Yıllarca bilim adamlarının ve bir çoğumuzun bitki mi, hayvan mı diye tartıştığımız süngerler, denizaltında doğal olarak var olan nanoüretim harikalarıdır.

Transistör gibi mikro ölçekli imalatların yapımında hayati öneme haiz silisyum tabakalarından kesme yapmak ve işlemek için çok pahalı ve zor işlemler gerekir. Deniz süngerleri ise silisik asidi denizin yüzlerce metre altında, içinde bulunduğu sudan elde ederek, bu silisik asitleri silisyum dioksit veya silikaya dönüştürerek, bundan üç boyutlu mükemmel yapılar inşa ederler. Süngerin bu özelliği yarı iletken malzeme üretimine büyük ilham vermiştir. Süngerler nano ölçekli yapılanmaları nedeniyle bünyelerinde gözle görülemeyecek kadar küçük ve sayılamayacak kadar çok sayıda nano boşluklar ihtiva ederler. Bu küçük ve kılcal mesafelerde, su ile sünger malzemeleri arasında adhezyon ve yüksek gerilim kuvvetlerinin üstlendiği rol ile süngerler kuru ağırlığının binlerce katı suyu bünyelerinde tutarlar.

Süngerlerin bu özellikleri bilgisayar mikroçipleri, güneş pilleri gibi materyallerin yeni teknolojilere göre üretiminin yapılması çalışmalarına ilham kaynağı olmaktadır.

2. Kimyasal ve fiziksel yöntemlerle yapılan nanoüretim;

"Malzemelerin sürtünme, yapışma, suyu sevme ya da sevmeme, biyolojik etkileşim ve benzeri yüzey özellikleri tamamen nanometre boyutlarındaki en üst katmanların kimyasal pozisyonu ve morfolojisi tarafından belirlenir. Dolayısıyla bu yüzey özelliklerinin kontrollü ve akıllı bir şekilde kullanımı da Nanoteknolojiden geçer. Bugün bütün bu kimyasal araştırma ve uygulamalar Bilkent Üniversitesinde başarıyla yürütülmektedir."

İftiharla söyleyebilirim ki ; bu projeyi Prf. Dr. Şefik Süzer Başkanlığında başarıyla yürüten ekibin içinde benim torunum Can Pınar Cönger'de bulunmaktadır.

Diğer taraftan fiziksel olarak nanoüretim, el yapımı aletlerle, ürünlerin, yapıların ve proseslerin atomik olarak kesin şekillendirilmesi ve yapılandırılması işidir.

Nanometre ölçeğinde  el yapımı araçlar atom ve molekülleri tek tek işleyebilirler. Elektrik iletkenliğinden, optik, manyetik ve termal özelliklere kadar her şeyin, kullanılan materyallerin atomik yapısına ve kombinasyonuna bağlı olarak işlenme potansiyeli vardır. Dolayısıyla, maddenin atomlarını seçici bir şekilde düzenleyerek, metalden seramiğe, polimerden yarı iletkene, camdan kompositlere kadar her şeyi alışılmışın dışında bir performans gösterecek şekilde yapılandırabilirler.

Nanoteknoloji ile yeni şeyler yaratma olasılığı sınırsızdır. İnsanlar yaratıcılığa soyunmuş bulunmaktadır. Bir zamanlar bilim kurgunun kapsam alanındaki madde ve nesneler bugün artık bilimin ta kendisi olmuştur.

Bugüne kadar insanoğlunun dünyaya armağan ettiği ve pek çoğu devrimler yaratmış olan hiçbir buluş, teknoloji, hatta şuanda içinde bulunduğumuz uzay ve iletişim çağı bile NANOÇAĞI kadar etkin değildir. Bugüne kadar sağlanan tüm bu gelişmeler ancak NANOÇAĞININ başlangıcı sayılır.

Gelecekte önümüzdeki 50 yılda uygulamalar daha derinleştirilecek ve atom düzeyinde tamamen yeni maddeler yaratılacaktır.

Bütün bu gelişmeleri sağlayabilecek, nanometre ölçeğinde aletler ve cihazlar yapacak teknolojilerin ve mühendislik becerilerinin arttırılması ve yüksek teknolojilerin geliştirilmesi gerekiyor.

NANOTEKNOLOJİNİN UYGULAMA ALANLARI

Nanoteknoloji yaşamı ilgilendiren her alanda kullanılacağı için, neredeyse kullanılmadığı alan yok diyebiliriz. Nanoteknolojinin asıl konusu molekülleri oluşturan atomların kombinezonlarını değiştirerek farklı moleküller ve farklı maddeler yaratmaktır. Yani yeni bir yaratıcılıktır. Tabiatta var olan her şeyde atom kombinezonlarından meydana geldiğine göre zamanla ve teknolojiler geliştikçe Nanoteknoloji çevremizde ve bünyemizde var olan her şeye uygulanabilecek demektir. Yani bu teknolojinin getireceği devrim ve başlatacağı çağ dünya var olduğundan bu yana yapılmış olan devrimlerin en büyüğü ve yaşanan çağların en görkemlisi olacaktır. Tabir caizse pek çok şey yeniden yaratılacaktır. Böyle bir çağ başlarken daha işin başında bu çağa katılmamak , bu olguyu görmemek, bu konuda yapılması gereken yatırımları savsaklamak en büyük gaflettir. Bu ülkenin geleceğini sabote etmektir. Bir nevi ihanettir, cehaletin ta kendisidir, ilericiliği kavrayamamaktır.

Halen nanoteknoloji sınırlı da olsa, ilaç sanayi, tekstil, boya sanayi, inşaat sanayi, bilgisayar üretimi vb. konularda uygulanmaya başlanmıştır ve her gün de yeni bir uygulama alanına geçilmektedir.

Günümüzde inşaat sanayinde nanoteknoloji ile üretilen  boyalarla kirlenmeyen yüzeyler, solmayan renkler, karbon tüplerle çelikten 100 kat güçlü, 6 kat hafif malzemeler, seramik, su tutmayan ve koku yapmayan pisuvarlar, filtre elemanları, çeşitli kaplama malzemeleri vs. üretilmektedir. Vücut bakım ürünleri, makyaj ürünleri, optik malzemeler, tekstil , bilgisayar hızlandırıcıları, çeşitli ilaçlar, bio algılayıcılar vs. gibi her sahada üretim başlatılmıştır. Tekstil ve boya sanayinde ülkemizde bazı üretimler yapılmaktadır.

Gelecekte üretilmesi planlanan ve üretiminin gerçekleşmesi için büyük mesafe alınmış olan bazı çarpıcı örneklere bir göz atarsak;

Malzeme Üretimi

Malzemelerin molekül ve atomik boyutlarından başlayarak yeniden inşa edilmesi, konvansiyonel metotlar ile üretilen malzemelere oranla daha sağlam ve çok daha hafif maddeler elde etmemizi sağlayacaktır. Hatasız üretilecek olan bu yüksek dayanıklı, çok hafif, üstün kaliteli malzemelerin üretimi ve kullanımı mevcut endüstrilerin yapısını değiştirecek ve devrimsel yenilikler getirecektir. Örnek olarak; belki mevcut teknolojiyle üretim yapan çelik endüstrisi tümüyle yok olacak veya tümüne yakını değişecektir. Diğer endüstrilerde de benzer şeyler yaşanacaktır. Buna bağlı olarak bir çok meslek yok olacak , yerine bir çok yeni meslekler gelecektir. Yani dünya sosyal düzende yeniden yapılanacaktır.

Nanoteknoloji ile üretilecek malzemeler daha sağlam, daha hafif, basınç ve sıcaklıklara karşı daha mukavim olması nedeniyle uçaklarda, roketlerde ve uzay uçuşlarında devrim yaratacaktır. Uçuşlar daha uzak menzilli ve daha az enerji sarfıyla yapılacaktır. Belki de gezegenler arası seyahatlerin önü bu buluşlarla açılmış olacaktır.

Nano ölçekte elektronik devre elemanlarının üretilmesi ile daha az enerji ile daha çok bilgi depolanacak, bilgisayar ebatları çok küçülecek, hızları çok artacaktır. Uzay uçuşlarında daha az yer kaplayacak ve çok verimli hizmet görecektir.

Nanoteknoloji ile üretilecek kuantum bilgisayarları ile bugün mevcut olan en güçlü ve en modern olan pentium bilgisayarlarla kıyaslanmayacak seviyede işlem gücü elde etmek mümkün olacaktır.

Nanoteknoloji ile üretilen çok küçük robotlar damarlara ve hücre içine gönderilerek hastalıklar için kesin teşhisler konabilecektir. Kanser hücrelerinin olduğu bölgelerde olduğu gibi, sadece hastalığın bulunduğu veya yayıldığı bölgelere saldırarak ilaç veren makineler yapılacaktır. Nanoteknoloji ile üretilecek ilaçlar çok daha etkin olacaktır. Muhtemelen gelecekte nonoteknolojinin en yoğun olarak kullanılacağı alanların başında Tıp ve Sağlık Sektörü gelecektir.

Nanoteknoloji ile askeri maksatlı pek çok üretim yapılarak, orduların ateş gücü artırılacağı gibi askerlerin sağlığı güvence altına alınacaktır.

Üretilecek akıllı üniformalar  düşman askeri lazer silahıyla nişan aldığında haber verecek, enerjiye ihtiyacı olduğunda güneş pili gibi çalışacak, zehirli biyolojik ve kimyasal gazları tespit edecek, gece karanlığında kendi askeri tarafında tanınabilecek, sıcak havalarda güneş enerjisinden elde edilen enerjinin bir kısmı üniformanın iç yüzeyini soğutacak, üniforma kumaşı içinde bulunan sensor vasıtasıyla askerin veya kişinin nabız ölçümleri, tansiyonu ve diğer kontrolleri yapılacak, herhangi bir yaralanma olduğunda kan kayıpları merkezden bir bilgisayara sürekli iletilerek oradaki kişilerce takibi sağlanacaktır. Bununla da yetinmeyip yaralı askere ilk müdahale yapılana kadar üniforma kanama bölgelerine baskı yaparak kanamayı durduracak, kalp atışları durması halinde kalp masajı yaparak hastayı hayata döndürmeye çalışacaktır. Bütün bu bilgiler ilk yardım merkezindeki bilgisayardan takip edilecektir. Bu söylenenlerin hepsi NANOTEKNOLOJİ sayesinde olacaktır.

Hayal gibi görünen, yalnızca filmlerde görülen bu akıllı elbiselerin yakında kullanılmaya başlanılması bekleniyor.

Halen çok ince ve hafif fiberler üzerinde üretilen ışık, ısı ve titreşim algılayıcıları, kumaş halinde dokunabilmektedir. Algılama elementleri kumaş üzerinde her bölgeye dağıtıldığından, yüksek çözünürlük elde edilebiliyor. Böylece yakında gören, duyan ve hisseden kumaşlardan yapılmış elbiseleri herkes giyebilecektir.

Nanoteknoloji ile malzeme üretimi, bilgisayar teknolojileri, tıp ve sağlık,havacılık ve uzay araştırmaları , yeni taşıt teknolojileri, yeni enerji kaynakları, çevre, tarım, savunma sektörü vs. daha sayılamayacak pek çok konuda hayal gibi görünen yenilikler yaşanacaktır.

Dünya gerçekten değişecektir. Ancak bütün bu olacakları bu kısa makale içerisinde anlatmak mümkün olmadığı için şimdilik çarpıcı bazı örnekleri anlatmakla yetindim. Eğer faydalı bilgiler verebilmişsem ne mutlu. İnşallah tüm yönetenlerimiz ve aydınlar olarak bu işin ciddiyetini kavrar , bütün imkanlarımızı kullanarak bu süper çağın dışında kalmayız.