Nanoteknoloji Nedir? Nanoteknoloji Kullanım Alanları ve Örnekleri

Nanoteknoloji, maddenin atomik ve moleküler düzeyde kontrol edilmesi anlamına gelir. Kulağa bir miktar karmaşık gelse de gündelik hayatta nanoteknoloji ürünleri ile karşılaşma sıklığımız giderek artar. Bir metrenin milyarda biri ölçeğinde çalışan Nanoteknoloji, teknolojik ve endüstriyel sektör için malzeme iyileştirilmesi sayesinde devrim niteliğinde değişimlerin ortaya çıkmasına yardım eder. 

Nano malzemeler elektronik, manyetik ve optoelektronik, biyomedikal, ilaç, kozmetik, enerji, katalitik ve malzeme uygulamalarının yanı sıra savunma, ulaşım, gıda güvenliği ve ekoloji gibi farklı birçok alanda kullanılır. Akıllı nesneler yaratmak için malzemelerin moleküler yapısını değiştiren nanoteknoloji, bilim ve endüstri için devrim niteliğinde muazzam yeniliklere olanaklar sağlar. Kanser hücreleriyle mücadele ederken hedef gözeten parçacıklar, enerji tasarruflu ve hızlı mikroçipler, uzun ömürlü piller, bunlardan yalnızca birkaçıdır. 

Nanoteknolojinin muhteşem dünyasına giriş yaparken önce nanoteknolojinin ne olduğuna daha yakından bakalım.

Nanoteknoloji Nedir?

Nanoteknoloji, yapılar veya atom kümeleri oluşturmaya odaklanan bir teknolojidir. Atomları manipüle edip hareket ettirebilen bu teknoloji, yeni şeyler oluşturmak üzere onları yapılandırır. Nanoteknolojiyi, çok küçük ölçekte yürütülen bir inşaat olarak düşünebilirsiniz. Kelimedeki nano ön eki, malzeme boyutlarının nanometre ölçeğine uygunluğunu belirtir. Nano ölçek, mikroskobik seviyeden bin kat daha küçüktür ve uzunluk ölçü birimi metreden bir milyar kat daha küçüktür. Nano kelimenin tam anlamıyla milyarda bir anlamına gelir. Örneğin, bir insan saçı, yaklaşık 100.000 nanometre genişliğindedir. Bu, nano düzeyde çalışılan türden bir ölçektir.

Atomları titiz şekilde düzenleme yeteneği, farklı fiziksel özelliklere sahip yeni malzemeler geliştirme veya tasarlama olanağı sağlar. Nanoteknoloji, dünyaya oldukça küçük bir ölçekte bakmakla ilgilidir. Malzemeleri atomik düzeyde incelendiğinde farklı özelliklere sahip oldukları görülebilir. Örneğin; ipek, inanılmaz derecede yumuşak ve hassas bir malzemedir, ancak ipeğe nano düzeyde bakıldığında oldukça güçlü çapraz bağlarla hizalanmış moleküllerden oluştuğu görülür. İpeği güçlü bir kumaş yapan çapraz bağlı yapısıdır. Daha sonra bu bilgi Kevlar gibi kurşun geçirmeyecek kadar güçlü, teknolojik bir malzeme oluşturmak üzere materyalin nano düzeyde manipüle edilmesi için kullanılır. 

Nanoteknoloji̇ Türleri̇

Davranış ve işleyiş biçimlerine nanoteknoloji farklı dört türde üretim gerçekleştirir. Bunlar şöyle sıralanabilir:

• Azalan (Yukarıdan aşağıya): Mekanizmalar ve yapılar nanometrik ölçekte 1 ile 100 nanometre boyutunda minyatürleştirilir. Bu tür nanoteknoloji özellikle elektronikte sıklıkla kullanılır.

• Artan (Aşağıdan yukarıya): Bu yöntemde atom ve moleküllerin kimyasal ya da biyolojik prosesler kullanılarak belirli bir düzen içinde bir araya getirilmesi söz konusudur. Montaj süreci sonunda başlangıca oranla daha büyük bir mekanizma elde edilir.

• Kuru nanoteknoloji: Nemle çalışmayan kömür, silikon, inorganik malzemeler, metaller ve yarı iletkenlerdeki yapıların imalatında kullanılan bir yöntemdir.

• Islak nanoteknoloji: Genetik materyal, zarlar, enzimler ve diğer hücresel bileşenler dahil olmak üzere sulu bir ortamda bulunan biyolojik sistemlere dayanır.

Nanoteknoloji̇ Kullanım Alanları

Günlük kullanımdaki birçok ürün, nano ölçekli malzemelere ve süreçlere dayanır. Nano malzemeler, var olanlara kıyasla daha güçlü, daha hafif, daha dayanıklı veya iletken hale getirilir. Yaygın olarak nanoteknolojinin kullanıldığı endüstriyel ürünler; kimyasal-mekanik parlatmayı, manyetik kayıt bantları, güneş koruyucuları, otomotiv katalizör destekleri, yarı iletkenleri, elektro iletken kaplamaları ve optik fiberleri içerir. Nanoteknoloji ile üretilen veya nano malzemelerin kullanıldığı endüstriyel sektörler şunlardır:

• Gıda endüstrisi

Gıda ambalaj malzemelerinin kalitesini iyileştirmek ve raf ömürlerini uzatmak amacıyla polimerlerle birleştirilmiş gümüş nanoparçacıklar kullanılır. Gıdanın daha uzun süre dayanmasını sağlayan, tadını koruyan, gıdadaki biyolojik değişiklikleri tespit eden akıllı paketleme, nanoteknolojinin önemli uygulamalarından biridir. Tarım işletmelerinde de gıda güvenliği için nanoteknolojiden faydalanılır. 

• Elektronik 

Teknolojik gelişmeler sayesinde devasa televizyon setleri ve cep telefonları, ince televizyonlar ve akıllı telefonlara doğru gelişim gösterir. Grafen gibi nanomalzemeler, daha az elektrik gerektiren ince, hafif, yüksek kaliteli TV ekranları üretiminde kullanılır. Verilerin egemen olduğu bir dünyada, bilgileri hızlı ve uygun ölçekte işlemek hayati önem taşır. Nanoteknoloji büyük veri taleplerini karşılamak için gerekli küçük, hızlı ve güçlü çiplerin üretimini sağlar. 

• Tıp

Görüntüleme sistemlerinin verimliliğini artırmak için çeşitli nano malzemelerden yararlanılır. Nanoteknolojinin tıbbi uygulamaları gen tedavisi, yaraların iyileştirilmesi, doku mühendisliği gibi farklı alanları içerir. Kanser, beyin tümörleri ve benzeri kronik durumlar için birçok terapi ve ilacın önemli yan etkileri vardır. Bu ilaçlara alternatif üretmek amacıyla nanopartiküllerle çalışılır. Nanotıp ilaçlarıyla tüm vücudun değil sadece hastalıktan etkilenen hücrelerin hedeflenmesi amaçlanır.

• Tekstil

Kumaşları yıllarca giyilebilir, kırışmaz ve koku tutmaz hale getirmek amacıyla nano boyutlu gümüş ve titanyum parçacıkları içeren özel tekstil malzemeleri kullanılır. Hafif, ince ve nefes alabilen özel kumaşlar geliştirilir. Tekstil endüstrisinde, nanoteknoloji aynı zamanda malzemeleri antibakteriyel, leke tutmaz, tüylenmeye karşı dirençli hale getirmek ve dayanıklılığını artırmak için de kullanılır. 

• Otomobil

Lastikleri aşınmaya karşı daha dayanıklı hale getirmek için Doğal Kauçuk-Organoklay gibi çeşitli polimer nanokompozitler kullanılır. Tungsten nanoküreler gibi otomotiv sıvılarına nanopartiküller eklemek, mekanik niteliklerini iyileştirir. Araçların boya kaplamalarında, yüksek güçlü şarj edilebilir pil sistemlerinde, ısı kontrolü için termoelektrik malzemelerde de nanoteknoloji kullanılır. Geliştirilen esnek ve hafif malzemeler, aşınmaya dayanıklı kaplamalar, korozyon önleyici boyalar otomobil sektörünü de etkiler. 

• Enerji

Nanoteknolojinin özel bir potansiyele sahip olduğu düşünülen ana enerji dallarından biri güneş enerjisidir. Nano tasarımlı güneş pillerinde, daha küçük parçacıklar ve farklı moleküler yapılara sahip malzemeler, daha yüksek enerji emilimi sağlar. Güneş enerjisinin yanı sıra, lityum iyon pillerde nanoteknoloji uygulanır. Nanopartiküller absorpsiyonda daha iyi olduğundan, nanomalzemelerin inşaatta daha geniş kullanımı, hem aydınlatma hem de ısıtmanın verimliliğini artırabilir.

• Spor Ekipmanları

Nanoteknoloji sayesinde özellikle tenis ve golfte devrim niteliğinde birçok gelişme yaşanır. Silika nanopartiküller, nano killer fullerenler ve benzeri gibi nano malzemeler ile yüksek kaliteli raketler, yavaş hava tahliyeli yeni tenis topları, hafif hokey sopaları ve daha yüksek dayanıklılığa sahip sopa şaftı malzemesi üretilir.

• Su Kalitesinin Artırılması

Nehirlerden ve yeraltı sularından TCE gibi kimyasal ve endüstriyel atıkları uzaklaştırarak su kalitesini iyileştirmek için filtrasyon zarlarında nanopartiküller kullanılır. Su kalitesinin iyileştirilmesi nanoteknolojinin en iyi uygulamalarından biridir. Su filtrasyonu için nanoteknoloji oldukça etkili ve nispeten düşük maliyetlidir. 

• Hava Kalitesini İyileştirme

Nanomalzemeler, küresel bir sorun haline gelen hava kirliliğini ele almak için yoğun olarak kullanılır. Grafen oksit gibi nanomalzemelerle kaplanmış membranlar, kirleticileri havadan ayırmak için kullanılır. Aynı zamanda, endüstriyel tesisler, otomobiller, klimalar ve diğer kaynaklardan kaynaklanan hava kirliliğinin etkisini azaltmaya yardımcı olabilecek katalizörlerin etkinliğini artırmak için de araştırmalar yapılmaktadır. 

• Uzay Bilimi

Uzay bilimi ve uzay araştırmaları, nanoteknolojiden faydalanan bir diğer alandır. Araştırmacılar, uyduların dış yapısını daha sağlam ve hafif yapmak için CNT gibi malzemeler kullanmanın yanı sıra, uzay aracını daha az yakıtla göndermenin yollarını aramayı sürdürmektedir.

Nanoteknoloji mühendisliği, insanların malzemeleri en temel düzeyde değiştirmelerine olanak tanır. Organik ve inorganik ürünler bu teknoloji kullanılarak geliştirilebilir, ancak nanobilimin temel yönlerine ilişkin eyleme geçirilebilir bir anlayış kazanmak ileri düzeyde bir eğitim gerektirir. Elektrik mühendisliği yüksek lisansı sayesinde mühendisler, nano boyutlu elektronik bileşenlerin ne kadar etkili tasarlandığını, üretildiğini ve kullanıldığını anlayabilirler.

Nanoteknolojinin Geleceği

Nanoteknoloji mühendisliği geliştikçe, bilim insanları moleküler düzeyde yeni malzemeleri araştırma ve üretme yöntemleri geliştirmeye devam edebilir. Araştırmacılar, gelecekte nanoteknoloji kullanan ürünlerin sürdürülebilirlik, tıp ve robotik gibi alanlarda ilerleme sağlamasını beklemektedir. Örneğin, bilim insanları vücuttaki belirli hücreleri hedef alan ilaçlar oluşturmak veya yapay organlar geliştirecek malzemeler oluşturmak için nanoteknoloji mühendisliğinden faydalanabilir. Nanoteknoloji, moleküler su filtrasyonu ve kendi kendini temizleyen malzemeler gibi buluşlarla sürdürülebilirliği ve doğal kaynaklara erişimi iyileştirmek için kullanılabilir.

Ayrıca, sera gazları dahil olmak üzere hava kirliliğini ortadan kaldırmak amacıyla havadaki karbondioksiti ayrıştırıp endtride kullanılabilecek kimyasallara dönüştürecek nanoteknolojik katalizörlerin oluşturulması mümkün olabilir. Nanoteknoloji, enerji üretimini optimize etmesi sayesinde iklim değişikliğiyle mücadelede de umut vadeder. Giderek daha fazla endüstriyel alanda nanoteknolojiden faydalanılması ekonomik büyümeye katkı sağlayabilir. Yeni iş alanlarının ortaya çıkmasının yanı sıra iş süreçleri daha hızlı, daha verimli hale gelebilir.