Nanoteknoloji (Bölüm 4)

                                 Karbon (C)


 Nanoteknolojide Karbon Atomunun Önemi:

Nanoteknoloji adına yapılan çalışmaların çoğu; karbon esaslı malzemeleri oluşturmaktadır.Nanobilim-nanoteknoloji deyince akla ilk önce karbon nanoyapılar gelir.Karbon atomu neden nanoteknoloji için bu kadar  önemlidir?

Simgesi C, atom sayısı 6, atom ağırlığı 12,0107 olan karbon, periyodik çizelgenin IVA grubunda yer alır.Karbon atomları kendi aralarında üç farklı bağlanma gösterir.Bunlar bağlanmaya katılan elektronlara göre sp, sp2 ve sp3 şeklinde olabilir.
sp bağlanmasında, karbon atomları birbiriyle doğrusal bir geometri oluştururlar.Örnek olarak asetilen molekülü verilebilir:

                                                                               asetilen

sp2 bağlanmasında, karbon atomları birbiriyle üçgen geometride bir yapı oluştururlar.Örneğin grafit plakalarda bu durum böyledir.
sp3 bağlanmasında ise karbon atomları birbiriyle piramit bir geometri oluştururlar.Örneğin, elmas kristalinde durum böyledir.

Karbon atomunun her bir farklı geometrik yapısı, farklı bir malzeme anlamına gelmektedir.

 

Yukarıdaki şekilde karbon atomunun allotropları (Aynı maddenin değişik kristal biçimlerine allotrop denir)  görülmektedir.
a=Elmas
b=Grafit
c=Altıgen Elmas
d,e ve f=fullerenler
g=Amorf Karbon
h=Karbon Nanotüp

                                                                Karbon Nanotüpler:

 Karbon nanotüplerin dışında, karbon nanotoplar, karbon nanoçubuklar, karbon nanohalkalar gibi yapılarda yapılabilir.Bu yapıların bazı kullanım alanları şöyle özetlenebilir:

1)Kimyasal ve genetik sonda
2)Mekanik hafıza
3)Nono cımbız(5 mikron)
4)Üstün duyarlılıkta algılayıcılar
5)Süper güçlü malzemeler
6)Hidrojen ve iyon depolama

Nanoteknoloji (Bölüm 3)

Nanoteknolojinin uygulama alanları: Nanoteknolojinin uygulama alanlarının bazılarını şöyle özetleyebiliriz:

1)Malzeme ve İmalat: Daha öncede bahsedildiği gibi; nanoölçekte bir malzemenin; normal boyuttakine göre kimyasal, mekanik, ilektenlik vb. gibi özelliklerinde değişiklikler olabilir.Ve bu malzemeler nanoteknolojiyle daha hafif, daha esnek, daha sağlam ve daha az enerji kullanılarak ve daha az maliyetle üretilebilirler.Örneğin; nanoyapıda metal, seramik, polimer malzemeler, elektronik malzemeler vb.
(http://en.wikipedia.org/wiki/Polymer_nanocomposite)



2)Elektrik-Elektronik ve Bilgisayar Teknolojisi:

Nanoölçekte elektronik devre üretimi, bilgisayar mimarisinde bir çok yeniliği ve avantajı da beraberinde getirir.Nano-elektrik devre elemanları; daha az enerjiyle işlevlerini yerine getirebilir.Ve dolayısıyla bilgisayar daha az enerji harcayarak çalışabilir, bilgisayarın hızı ve çalışma performansı arttırılabilir.Bilgisayarların donanımları daha küçük, daha ince, daha esnek yapılabilir.

                                                  Çok İnce ve Esnek Çip

3)Uzay Çalışmaları ve Havacılık:Nanoyapılı malzemeler daha hafif, sağlam, sıcaklığa ve radyasyona karşı dayanıklı yapılabildikleri için, uzay yolculukları için gereken cihazlar veya giysiler, nanoteknoloji ile üretilebilir.

4)Tıp ve Sağlık: Canlıların yapıtaşı olan hücreler, nanoboyutlardaki moleküllerden oluşmuşlardır.(Proteinler, nükleik asitler, lipitler, karbonhidratlar vb.).Ve bunlarla beraber yeni bir kavram ortaya çıkmıştır: ''Nanobiyoteknoloji''

Bu alandaki çalışmalar teşhis ve tedavide yeni yöntemlerin gelişmesine katkı sağlayabilir.Vücudun reddetmeyeceği suni doku ve organlar yapılabilir.Yeni ilaç tasarımları yapılabilir.

5)Çevre ve Enerji: Toplumların enerji ihtiyaçları gözönüne alındığında, nanoteknoloji kullanılarak yenilenebilir enerji kaynaklarından daha iyi bir şekilde yararlanılabilir.Örneğin; güneş enerjisi.Temiz ve kesintisiz bir enerji kaynağı olmasına rağmen, günümüzde kullanılan enerjinin çok küçük bir kısmı güneş enerjisinden sağlanmaktadır.Bu oran, nanoteknolojiyle arttırılabilir.Nanotanecikler ile daha düşük sıcaklıklarda ve daha düşük maliyetle güneş gözeleri yapılabilir.Yine nanotanecikler kullanılarak, bu güneş gözeleri esnek ve hafif hale getirilebilir.Nanokristaller kullanılarak, güneş tayfının kullanılamayan kısmı kullanılabilir hale getirilir ve güneş ışığından daha fazla yarar sağlanabilir.
  Otomobil endüstrisinde kullanılacak nanoteknoloji ürünü malzemeler ile, çevreyi daha az kirleten, daha verimli ve ekonomik yakıtlar üretilebilir.

6)Diğer Uygulama Alanları:Nanomakine ve nanorobotlar yapmak, bu uygulama alanlarından bazılarıdır.Nanomakine elemanları bazı araştırmacılar tarafından tasarlanmaya başlanmıştır.Örnek:

Nanorobotlar ise, yine bir çok alanda (özellikle tıp) kullanılabilir.Bu nanorobotlar ile hücrelere ulaşılarak, tedavi sağlanabilir:

Nanoteknoloji (Bölüm 2)

                                                                        Richard Feynman


Richard Feynman'ın 1959'da bir konferansta ''There is plenty of room at the bathroom.(Aşağıda daha çok yer var)''  başlıklı bir konuşması; nanobilim ve nanoteknolojinin başlangıcı kabul edilmektedir.(Richard Feynman hakkında daha fazla bilgi için: http://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Feynman)


Nanoteknolojinin kronolojik gelişimi:

1959: Feynman'ın meşhur konuşması.

1985: R. Curl Jr., H. Kroto ve R. Smalley'in C60'ı (Fulleren) keşfetmesi.

                                           (Daha fazla bilgi için: http://en.wikipedia.org/wiki/Fullerene )


1987:İletkenliğin kuantum özelliği ilk defa gözlemlendi.

1993:  Rice Üniversitesi'nde ilk  'nanoteknoloji'  laboratuarı kuruldu.

1993: Karbon nanotüpler keşfedildi.

1997: N. Seeman ilk defa DNA molekülü kullanarak nanomekanik aygıt yaptı.


1997: İlk defa nanotüp kullanılarak elektrik akımı ölçüldü.


2001: İlk defa nanotüplerden transistör ve mantık devreleri yapıldı.


2001: ZnO nanotel laseri yapıldı.


2002: Süperörgü nanoteller yapıldı.

Nanoteknoloji (Bölüm 1)

 

Nanobilim ve nanoteknolojinin ismi son yıllarda sıkça duyuluyor.Peki nedir bu nanoteknoloji ? Ne işe yarar? Ne amaçla kullanılır? Konu hakkında bilgisi olmayan ve öğrenmek isteyenler için; nanoteknolojiyle ilgili temel bilgileri burada yazmaya karar verdim.

Nanobilim; en kısa tanımıyla, maddelerin atom boyutunda kontrolüdür diyebiliriz.Maddelerin küçülen boyutuyla fiziksel, kimyasal, mekanik, iletkenlik gibi özellikleri de değişiklik gösterir.Örneğin; normal boyutta yalıtkan olan bir malzeme, nanoboyutta iletken olabilir.Dolayısıyla, bir maddenin nanoboyutta kontrolünü sağlamak, büyük bir avantaj sağlar bize.

Nanometre bir büyüklük birimidir.Kısaca   'nm'  ile ifade edilir.1 nanometre; 1 metrenin milyarda biridir.Örneğin; bir insan saçının kalınlığı 100000 nm'dir.Bir karıncanın büyüklüğü 1000000 nm'dir.DNA molekülünün yapısı yaklaşık 2.5 nm'dir.Nanoboyuttan  daha küçük bir dünya da vardır; atomların dünyası.(kuantum).

Nanoteknoloji; yukarıdaki şemada da görüldüğü gibi; kimya, fizik ve biyoloji temel bilimleriyle , mühendislik biliminin birleşmesiyle oluşur.

(Devam edecek...)

About chemistry

what is chemistry? Chemistry  is the science of matter and the changes it undergoes. Disciplines within chemistry are traditionally grouped by the type of matter being studied or the kind of study. These include inorganic chemistry, the study of inorganic matter; organic chemistry, the study of organic (carbon based) matter; biochemistry, the study of substances found in biological organisms; physical chemistry, the study of chemical processes using physical concepts such as thermodynamics and quantum mechanics; and analytical chemistry, the analysis of material samples to gain an understanding of their chemical composition and structure.
 Atom, molecule, element, substances, ions and salts, equilibrium, energy, chemical reactions, acidity and basicity are all about chemistry.