Nanoteknoloji Nedir?

Nanoteknoloji Nedir? Kullanıldığı Alanlar ve Faydaları

Nanoteknoloji, en az bir ebadı nanometre ile ölçülebilen, moleküler ve atomik ölçekte dizayn edilmiş işlevsel yapıların inşa edilmesi veya kullanılmasıdır. Burada ehemmiyetli olan nokta, mevzubahis yapıların sentetik olması, başka bir deyişle insan eli ile inşa edilmiş olmasıdır. Tabiatta bulunan atomik ve moleküler yapılar bu tanıma girmezler. Nanoteknolojinin ne kadar minik olduğunu hayal etmek oldukça güçtür. Bir nanometre bir metrenin bir milyarda birine denktir. İnsan saç telinin vasati kalınlığı elli bin, bir kâğıdın kalınlığı ise yüz bin nanometredir.

Nanoteknolojinin Tarihçesi

Nanoteknoloji ve nanobilim esasındaki fikirler ve kavramlar 29 Aralık 1959 senesinde Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü'nde CalTech Amerikan Fizik Topluluğu Acele Posta Servisi tarafından tertip edilen bir buluşma sırasında, Nobel mükâfatlı fizikçi Richard Feynman tarafından ortaya konulmuştur. Yaptığı konuşmada Feynman maddeyi atomik seviyede hakimiyet etkenin düzgün potansiyelinden bahsederek sahip olduğumuz bilginin günden güne bu seviyeye yanaştığını ifade etmiştir. Nanoteknoloji sözcüğü ise bundan takribî on sene sonra Prof. Norio Taniguchi tarafından buluş edilir. Reel anlamda çağdaş nanoteknolojinin başlaması ise 1981 senesinde atomları görmemizi sağlayan tarama tünelleme mikroskobunun bulunuşu ile reelleşmiştir. Milenyum sonrası dünyada ise Nanoteknoloji, en fazla yatırım yapılan alanlardan biri haline gelmiş gibi görünmektedir. Amerika Birleşik Devletleri Ar-Ge çalışmaları için 2017 Federal Bütçesinde nanoteknolojiye 1.4 milyar Dolar ayırmış, 2001’den bu yana toplam 24 milyar Dolar Ar-Ge faaliyetlerinde kullanılmıştır. Eş bir biçimde Avrupa Birliği ve Japonya da araştırmalara büyük ölçüde kaynak transfer etmektedir. Surattan fazla akademik enstitü, araştırma kuruluşu, devlet müesseseyi nanoteknoloji üzerine çalışma yapmaktadır.

Nanoteknolojinin Uygulama Alanları ve Yararları

Amerika Milli Nanoteknoloji Teşebbüsü’nin kurucusu Mihail C.Roco nanoteknolojinin gelişimini dört jenerasyonda sınıflandırır:

1. Birinci Jenerasyon: Pasif Nanoyapılar, yalnızca tek bir misyonu yerine getirmek için dizayn edilmiş maddeler.
2. İkinci Jenerasyon: Faal Nanoyapılar, birden fazla misyonu yerine getirebilen “Çok-vazifeli” maddeler.
3. Üçüncü Jenerasyon: Nanosistemler, birbirleri ile irtibat halinde çalışan binlerce değişik maddeden oluşan sistemler.
4. Dördüncü Jenerasyon: Birleşmiş nanosistemler, çok karışık vazifeleri yerine getirebilen iç içe geçmiş nanosistemler.

İnsanlık ise sahip olduğu teknoloji ile şimdilik ikinci jenerasyon nanoyapıları kullanmaktadır. Fakat bu seviyede dahi nanoteknoloji bir hayli değişik sanayi ve teknolojide devrimsel kalitede ilerlemeler kayıt olmasını sağlamıştır. Bilişim teknolojileri, tıp, etraf bilimleri, güvenlik alanlarındaki büyümeler buna misaldir.

Elektronik ve IT Alanlarındaki Büyümeler

Nanoteknoloji daha süratli, daha minik, taşınabilir ve daha fazla bilgi depolayabilen sistemlerin geliştirilmesini sağlayarak bilgisayar ve elektronik teknolojilerindeki başlıca ilerlemelere katkıda bulunmuştur.

Transistörler, tam çağdaş bilgisayarların çalışmasını sağlayan kolay anahtarlar, nanoteknoloji sayesinde gitgide küçülmektedir. Bu asrın başında bir transistorun ebadı 130 ile 250 nanometre arasında iken 2014 senesinde Intel 14 nanometre boyunda bir transistor geliştirmiştir. IBM 2015 senesinde ilk 7 nanometre boyunda transistör yaratmış, Lawrence Berkeley Milli Laboratuvarı 2016 senesinde 1 nanometre büyüklüğünde bir transistörleri dünyaya tanıtmıştır. Daha minik ve daha süratli transistörler yakın zamanda bir bilgisayarın tüm hafızasının tek bir minik yongaya yerleştirilmesini sağlayabilir.  

Nanoteknoloji sayesinde yaratılan daha iyi görüntüleme ve teşhis taşıtları, hastalıkların daha erken teşhis edilmesinin ve şahsileştirilmiş rehabilitasyon alternatiflerinin kullanılmasının yolunu açmaktadır. 

Nanoteknoloji tahlilcileri lüzumlu ilacı direk kanserli hücreye vererek sıhhatli dokuya hasar gelmesini yasaklayacak nanoparçacıklar geliştirmeye çalışmaktadır. Bu kanser rehabilitasyonuna yaklaşımımızı değiştireceği gibi kemoterapinin tehlikelerini de ortadan kaldıracaktır. 

Nanoteknolojinin Rejeneratif tıp onarıcı tıp alanında kullanılmasına müteveccih araştırmalar kemik ve ahşap dokusu mühendisliği gibi bir hayli değişik uygulama alanına dağılmıştır. Tahlilciler, bir gün uzuv nakli için kullanılacak uzuvları üretebilmek emeli ile karışık dokuların üretilmesi üzerine çalışmaktadır. 

Nanotıp tahlilcileri Nanoteknoloji yolu ile aşıları geliştirmeye çalışmaktadır. İğnesiz aşı sistemleri ve âlemsel grip aşısı projeler arasındadır. 

Enerji Alanındaki Büyümeler

Nanoteknoloji, ananesel enerji kaynaklarının kullanımında uygulama alanı bulduğu gibi Dünya’nın çoğalan enerji lüzumunu karşılamak için seçenek enerji kaynaklarının geliştirilmesinde de kullanılmaktadır. Bir Hayli bilim insanı pak, ucuz ve yenilenebilir enerji kaynaklarının geliştirilmesi, enerji tüketiminin eksiltilmesi ve enerji imalinin naturel etraf üzerindeki hasarlarının eksiltilmesi için çalışmaktadır.

Nanoteknoloji çiğ petrolden benzin üretilmesinde faydayı çoğalmaktadır. Ayrıca daha faydalı yanma ve daha düşük sürtünme ile arabalarda ve elektrik santrallerinde benzin tüketiminin eksilmesini sağlamıştır. 

Karbon nanotüpler sayesinde çok daha düşük mukavemete sahip elektrik tellerinin üretilmesi için araştırmalar yapılmaktadır. Bu sayede elektrik hatları üzerinde transfer sırasında kaybedilen efor eksiltilecektir. 

Nanoteknoloji sayesinde güneş oturumlarının faydayı çoğaldırılacak ve maliyetleri düşürülecektir. Yeni oturumlar kâğıt inceliğinde yapılabilecektir. Hatta son çalışmalar güneş oturumlarının “boya” olarak kullanılabileceğini göstermektedir. 

Nanoteknoloji daha fazla enerji yakalayan, daha hafif, daha süratli şarj olan ve daha uzun müddet şarjlı kalan pillerin üretilmesinde kullanılmaktadır. 

Nanoteknoloji ile üretilen materyaller kullanılarak yel değirmenlerinin kolları daha uzun, daha eforlu ve daha hafif yapılmakta, böylece üretilen elektrik çoğalmaktadır. 

Üretilen faydalı aydınlatma sistemleri enerji tüketimini dünya genelinde eksiltmeyi kastetmektedir. 

Etraf Islahı

Nanoteknoloji enerji imalinde faydayı çoğaldırabileceği gibi etrafsal atıkların tespit edilmesi ve arınılması için bize takviye de edebilir.

Nanoteknoloji suyun içindeki kirliliğin, düşük maliyet ile tespit edilip atılmasını sağlayarak, pak ve ucuz içme suyu lüzumunun karşılanmasına imkân sağlayacaktır. 

Kimyevi tepkinler ile yer altı suyundaki endüstriyel pisleyicileri hasarsız hale getiren nanoparçacıklar geliştirilmiştir. Bu operasyon suyun arınmak için dışarı pompalanmasına mukayese ile çok daha ucuzdur. 

Tahlilciler potasyum mangan oksitten minik teller ile örülmüş nano-kumaş “kâğıt havlular” üretmiştir. Bu havlular kendi ağırlıklarının yirmi katı petrolü emme kapasitesine sahiptir. 

Uçak kabinlerinde kullanılan hava filtreleri Nanoteknoloji ile üretilmiş “mekanik filtrasyon” yapan filtrelerdir. Filtrelerin içindeki fiber materyaller nano-ölçekte gözeneklere sahiptir ve daha büyük parçacıkların geçişine izin vermez. Ayrıca filtrelerin sahip olduğu kömür katmanlar kokunun geçişini maniler.

Nanoteknoloji ile yapılan sensörler ve solüsyonlar topraktaki ve havadaki kimyevi veya biyolojik casusları daha öncekine göre çok daha süratli ve büyük bir hassasiyetle belirlemektedir. NASA tarafından geliştirilen bir sensor, uslu telefon uzantısı aracılığı ile itfaiyecilerin yangınların çevresindeki hava niteliğini ölçmelerini sağlamaktadır. 

Mühendisler geliştirdikleri nano-gözeneklere sahip ince film çeperler ile enerji tasarruflu desalinasyonu tuzdan temizletme olası kılmıştır. Molybdenum Disülfit MoS2 adlı bu çeper, banal filtrelere göre iki ile beş kat arası daha fazla su filtre etmektedir. 

Erişim Alanındaki Büyümeler

Nanoteknoloji daha hafif, tehlikesiz, uslu ve faydalı araçların yapılması için çok işlevli materyallerin üretilmesini taahhüt etmektedir. Ayrıca erişim altyapısının geliştirilmesi de araştırma mevzusu olmuştur.

Nano-mühendislik ile üretilmiş alüminyum, çelik, asfalt, beton ve öbür çimentomsu materyaller ve bunların geri dönüştürülmüş formları otobanların ve öbür erişim altyapısı parçalarının ömürlerinin uzatılması, performans ve dayanıklılıklarının çoğaldırılmasında gelecek taahhüt etmektedir. Gelecekte kendi kendisini tamir eden ve üzerinden enerji transferi yapılabilen yolar olası olacaktır. 

Nanoteknoloji ile üretilmiş olan çok hafif ve çok eforlu materyaller tam araçların imalinde kullanılabilecek böylece araçların bereketlilikleri çoğaldırılabilecektir. Yapılan hesaplara göre bir ticari uçağın ağırlığındaki yüzde yirmilik düşüş yakıt tüketimini yüzde on beş eksiltecektir. 

Görüldüğü gibi birkaç düzine seneye dağılan kısa yolculuğunda Nanoteknoloji büyük yol alarak yaşamımıza girmiştir. Bir Hayli bilimsel disiplinde ve değişik sanayilerde kullanılan bu teknoloji gelecekte de ivmelenerek ilerlemeye devam edecektir.