Nanoteknoloji
Sözlük Anlamı
Nano kelimesi Yunanca nannos kelimesinden gelir ve küçük yaşlı adam veya cüce demektir. Günümüzde nano, teknik bir ölçü birimi olarak kullanılır ve herhangi bir birimin milyarda biri anlamını taşır. Genellikle metre ile birlikte kullanılır. Nanometre, 1 metrenin milyarda biri ölçüsünde bir uzunluğu temsil eder (yaklaşık olarak ard arda dizilmiş 5 ila 10 atom).
Teknoloji kelimesi ise yine Yunanca tekhné ve logia kelimelerinin bir araya gelmesiyle oluşur. Tekhné el işi veya sanat, logia ise bir konunun çalışılması olarak tercüme edilebilir. Teknoloji genellikle çevre üzerinde kontrol sağlamak amacıyla araç yaratılması olarak tanımlanır. Başka bir anlamla ise teknolojiyi, bilimsel metodların ticari amaçlar için kullanılması olarak yorumlayabiliriz
Genel Tanım
Nanoteknoloji, çok genel tanımıyla, istisnai şekilde küçük (yaklaşık atom boyutlarında) yapıların ticari bir amaca hizmet edebilecek şekilde düzenlenmesidir. Başka şekilde tanımlamak gerekirse: Maddeler üzerinde 100 nanometre ölçeğinden küçük boyutlarda gerçekleştirilen işleme, ölçüm, modelleme ve düzenleme gibi çalışmalar nano-teknoloji çalışmaları olarak nitelenir.
Yaklaşan Devrim
Nano-Teknoloji hızlı bir şekilde 21. yüzyılın endüstriyel devrimi olarak biçimlenmektedir. Nanoteknoloji yediğimiz gıda ürünlerinden, giydiğimiz kıyafetlere, kullandığımız ilaçlardan, bilgisayarlarımızın gücüne, sürdüğümüz otomobillerden, yaşadığımız evlere kadar hayatımızın her noktasını etkileyecektir. Uzun vadede nano-teknolojinin etkisi tarihte buhar gücünün, elektriğin veya transistörlerin kullanımı kadar belirgin olacaktır
Nanoteknolojinin Avantajları
Nanoteknolojinin önemi, atomlar ve moleküller seviyesinde (1 ila 100 nanometre (nm) skalasında) çalışarak, gelişmiş ve/veya tamamen yeni fiziksel, kimyasal, biyolojik özelliklere sahip yapılar elde edilmesine imkan sağlamasından kaynaklanmaktadır. Teknik açıdan açıklamak gerekirse malzeme özellikleri ve cihazların çalışma prensipleri, genel olarak 100 nmden büyük boyutları temel alarak yapılan varsayımların sonucunda ortaya çıkarılmış geleneksel modelleme ve teorilere dayanmaktadır. Kritik uzunluklar 100nmnin altına indiğinde ise geleneksel teori ve modeller ortaya çıkan özellikleri açıklamakta çoğu zaman yetersiz kalmaktadır.
Nanoteknoloji işte burada resme girmektedir. Daha sağlam, daha kaliteli, daha uzun ömürlü ve daha ucuz, daha hafif, daha küçük cihazlar geliştirme isteği bir çok iş kolunda gözlenen eğilimlerdir. Minyatürüzasyon olarak tanımlanabilecek bu eğilim bir çok mühendislik çalışmasının temelini oluşturmaktadır. Minyaturizasyonun sadece kullanılan parçaların daha az yer kaplamasından çok daha önemli getirileri vardır. Minyaturizasyon üretimde daha az malzeme, daha az enerji, daha ucuz ve kolay nakliye, daha çok fonksiyon ve kullanımda kolaylık olarak uygulamada kendini göstermektedir.
20. yüzyılın ikinci yarısından itibaren bir çok endüstride kullanılan toleranslar sürekli iyileştirilmiş, üstün kalite anlayışı geliştirilmiştir. Mikroteknoloji ürünü olarak tanımlayabileceğimiz parçalar otomobil, elektronik, iletişim gibi sektörlerde yaygın olarak kullanılır olmuştur. Günümüzde ise mikroteknolojilerden daha küçük teknolojilerin, nanoteknolojinin, kullanımını yaygınlaşmaktadır.
Nanoteknoloji sayesinde sanayide, bilişim teknolojilerinde, sağlık sektöründe ve daha bir çok alanda yeni ürünler geliştirilecek, günümüzün üretim süreçleri ve yöntemleri değişecektir. Bu teknolojiye yatırım yapılan ülkelerde ekonomik değerler yaratılacak ve toplumların yaşam kalitesi gelişecektir
Elde Etme Yöntemleri
Nanoyapılar elde edimesinde iki ana yöntem bulunmaktadır. Aşağıdan yukarıya (bottom-up) ve yukarıdan aşağıya (top down) olarak adlandırılan bu iki yaklaşımı şu şekilde özetleyebiliriz:
1-Bottom-up: Aşağıdan yukarıya yaklaşımı (küçükten büyüğe), moleküler nanoteknolojiyi belirtir ve organik veya inorganik yapıları, maddenin en temel birimi olan atomlardan başlayarak atom atom, molekül molekül inşa edilmesi yöntemini ifade eder.
2-Top-down: Yukarıdan aşağıya yaklaşımı (büyükden küçüğe), makineler, asitler ve benzeri mekanik ve kimyasal yöntemler kullanılarak nano yapıların fabrikasyonu ve imal edilmesi yöntemlerini ifade eder.
Teknolojinin bu günkü seviyesi sebebi ile yapılan çalışmaların bir çoğu yukarıdan aşağıya (top-down) klasmanında değerlendirilir.
Gelecekteki Uygulama Alanları
Malzeme ve İmalat Sektörü
Malzemelerin atomik ve moleküler boyutlardan başlayarak inşa edilmesi, konvansiyonel metodlar ile elde edilen malzemelere oranla daha sağlam ve hafif maddelerin ortaya çıkmasını sağlayacaktır. Bu malzemeler, daha düşük hata seviyeleri ve eşsiz dayanıklılık güçleri ile hali hazırdaki bir çok endüstriyel süreç için devrimsel yenilikler getirecektir. Benzersiz ve alışılmamış özellikleri ile nano tüpler, elyaflar, lifler ve kaplama malzemeleri imalat yöntem ve tekniklerinin gelişmesine imkan sağlayacaktır.
Nano Elektronik ve Bilgisayar Teknolojileri
Elektronik araçların nanometre ölçeklerinde elde edilmesi ile halen kullanılan sistemlerinin işlem güçleri ve kapasiteleri bir kaç kat artacaktır. Nano teknolojilerin kullanım alanlarından biri olarak önerilen quantum bilgisayarların geliştirilmesi ile günümüzün en modern bilgisayarları olan Pentium bilgisayarlar ile kıyaslanamayacak seviyelerde işlem gücü elde etmek mümkün olacaktır. Bunlara ek olarak elektronik araçlar için geliştirilen sensör, gösterge sistemleri ve sinyal iletimi alanlarında ciddi ilerlemeler kaydedilecektir.
Tıp ve Sağlık Sektörü
Nanoteknoloji yaşayan sistemlere moleküler seviyelerde müdahele etme imkanı yaratabilir. Yaşayan organizmalar ile etkileşime geçebilecek boyutlarda araçlar üretilmesi ile bir çok yeni teşhis ve tedavi yöntemlerinin gelişmesi olasıdır. Sadece hastalığın bulunduğu ve veya yayıldığı bölgelere saldırarak ilaç veren makineler, insan vücudu içinde hareket edilmesine imkan sağlayan teşhis araçları, nano-teknolojinin tıp ve sağlık sektörü üzerindeki potansiyel uygulamaları olarak gösterilebilir.
Havacılık ve Uzay Araştırmaları
Havacılık ve uzay araçları çok maliyetli teknolojilerdir. Bu araçların imalatı sırasında kullanılan malzemelerin ağırlığı maliyetlerin yüksekliğinde çok önemli bir yer tutar. Nanoteknoloji bu malzemelerin ağırlığının önemli ölçüde azaltılması ile maliyetlerin düşürülmesini sağlayabilir. Ayrıca çekme direnci çelikten kat kat yüksek nano tüpler sayesinde dünya yüzeyinden atmosfere kadar yükselebilecek yapılar inşa edilmesi potansiyel uygulama alanları içinde yer alabilir. Böylece uzay araştırma maliyetlerinin büyük bir kısmını meydana getiren fırlatma maliyetleri düşürülebilir.
Çevre ve Enerji
Nano malzemelerin ve nano kompozitlerin fosil yakıt endüstrilerinin verimliliğini geliştirme potansiyeli bulunmaktadır. Nano kompozitlerin yaygın olarak kullanılması ile daha yüksek verimliliğe sahip motorların ve dolayısı ile daha temiz, çevre dostu ulaşım sistemlerinin kurulması mümkün olacaktır.
Bioteknoloji ve Tarım
Tıp ve sağlık sektörlerinde uygulanabilecek teknolojilerin genişletilmesi ile bio teknoloji, ilaç ve tarım sektörleri de ürünlerinde bu teknolojileri uygulayacaktır. Yeni ilaçlar, gübreler, daha besleyici ve hastalık direnci yüksek bitkiler veya hayvanlar bir çok üniversite ve özel sektör kuruluşun araştırma alanları içerisinde yer almaktadır. Bu gün bile bitki ve hayvan genlerinin düzenlenmesi ile ortaya çıkartılmış olan bazı ticari ürünlere rastlamak mümkündür.
Savunma Sektörü
Nano teknoloji askeri uygulamalar konusunda bir çok alanda potansiyel vaadetmektedir. Geliştirilmiş elektronik savaş kapasitesi, daha iyi silah sistemleri, geliştirilmiş kamuflaj ve akıllı sistemler bir çok Ar-Ge çalışmasının gerçekleştirildiği alanlardır.
Dünyada Nanoteknoloji
Amerika Birleşik Devletleri Hükümeti 2006 yılı itibariyle nanoteknoloji kullanılarak üretilen ürünlerden 200 milyar dolar tutarında gelir elde edileceğini, gelecek on yıl içerisinde ise nanoteknoloji ürün ve hizmetlerini kapsayan 1 trilyon dolar hacminde küresel pazar oluşacağını tahmin etmektedir. Gelişen Nanoteknoloji alanlarında akademik programlar oluşturulmaktadır. 40 tanesi ABDde olmak üzere nanoteknoloji alanında yaklaşık 140 üniversite programı bulunmaktadır.
Avrupa Birliği
Avrupa Birliğinin 1994 ve 1998 yılları arasında yürütmüş olduğu 4. Çerçeve programı kapsamında nanoteknoloji alanında araştırma yapan yaklaşık 80 firma desteklenmiş, 1998 ve 2002 yıllarını kapsayan 5. Çerçeve programı kapsamında ise bu alana yapılan destek miktarı yıllık 45 milyon euro civarında olmuştur. Geniş bir yelpazede yapılan destekler arasında nano-elektronik cihazlar, karbon nanotüpler, bio-sensörler, moleküler tanımlama sistemleri, nano-kompozit malzemeler ve yeni mikroskop teknolojileri öne çıkmaktadır.
Nanoteknolojinin bir çok alanda yenilikçi (inovatif) ürünler geliştirilmesi için gelecek vaadetmesi sebebiyle, 2002-2006 yıllarını kapsayacak şekilde yürütülen 6. Çerçeve Programında Nanoteknoloji öncelikli alan olarak yer almış ve bu alanda yürütülecek çalışmaları desteklemek üzere 1.3 milyar euro bütçe ayrılmıştır. 6. Çerçeve Programının tematik öncelikli bu alanı: nanoteknoloji ve nanobilim çalışmalarını, bilgi tabanlı çok işlevli malzemeler ile yeni üretim prosesleri ve araçlarının geliştirilmesini kapsar. Nanoteknoloji öncelikli alanının iki ana hedefi vardır.
Birincisi yenilikçi nanoteknoloji ürünlerinin günümüzün endüstriyel sektörlerine tanıtılması, ikincisi ise yeni malzeme, yeni araç ve yeni ürünlerin geliştirilmesi ile yeni endüstri kolları ve sektörleri yaratılmasını teşvik etmek olarak özetlenebilir. Ayrıca Avrupa Birliği ülkelerinin bir çoğunda nanoteknoloji alanında gerçekleştirilen araştırma ve geliştirme çalışmalarını destekleyen ulusal programlar bulunmaktadır.
Amerika Birleşik Devletleri
Amerika Birleşik Devletlerinde 1999 yılında yayınlanan ulusal nanoteknoloji bildirgesi ile ülkenin nano teknoloji alanındaki öncelikleri belirlenmiş ve bu konuda yapılan Ar-Ge çalışmaları için bütçeler ayrılmıştır. 2000 yılında nanoteknoloji alanında yapılan Ar-Ge çalışmalarına hükümet tarafından sağlanan destek 420 milyon dolar civarında iken 2001 yılı bütçesinde bu alana ayrılan pay yaklaşık 520 milyon dolara ulaşmış, 2003 yılı için ise yaklaşık 700 milyon dolar olarak belirlenmiştir.
Aralık 2003 tarihinde Başkan Bush 2005 yılından başlayarak 4 yıl süreyle nanoteknoloji alanında gerçekleştirilen araştırma ve geliştirme projelerinde kullanılmak üzere 3.7 milyar dolar tutarında fon ayrılmasını onaylamıştır. Amerika Birleşik Devletlerinde yürütülen çalışmalar, nano yapılı malzemeler, moleküler elektronik, nanoparçalar, biosensörler ve bioenformatik, quantum bilgisayarlar, ölçüm ve standart geliştirme çalışmaları, nano ölçekte teori, modelleme ve simulasyon, nano robotlar gibi alanlarda yoğunlaşmıştır. Bu çalışmalar Ticaret Departmanı (DOC), Savunma Departmanı (DOD), Enerji Departmanı (DOE), Ulaşım Departmanı (DOT), NASA, Ulusal Sağlık Enstitüsü (NIH) ve Ulusal Bilim Kurumu (NSF) gibi kurumlar tarafından desteklenmektedir.
ABDde nanoteknoloji üzerine kurulan firmaların sayısı 2002 yılında bir önceki yıla oranla iki kat artmıştır ve bu eğilimin 2004 yılında da tekrar etmesi beklenmektedir.
Asya
Asya ülkeleri içinde nanoteknolojiye yatırım yapan ülkelerin başında Japonya gelmektedir. Japonya dünyada ABDden sonra nanoteknoloji alanında en fazla Ar-Ge harcaması yapan ikinci ülke konumundadır. Nanoteknoloji üzerine yapılmakta olan yatırımın her yıl %15 ile %20 oranında artmakta olduğu Japonyada nanoteknoloji tanımı dünyanın geri kalan ülkelerine oranla çok daha geniş kapsamlıdır. Moleküler seviyede yapılan bir çok araştırma (örnek vermek gerekirse, DNA üzerine yapılan araştırmalar) nanoteknoloji tanımı içerisinde yer almaktadır. Ayrıca NEC ve Sumitomo gibi firmalar carbon nanotüpler alanında çalışmalar yürütmekte, araştırmalar gerçekleştirmektedir.
Asya ülkeleri arasında Japonyayı takip eden ülkeler arasında Çin ve Kore öne çıkmaktadır. Çin ülkede yürütülen nanoteknoloji odaklı bir çok araştırma ve geliştirme çalışmasını Çin Bilimler Akademisi kanalıyla yürütmektedir. Bu ülkede yürütülen çalışmaların bir çoğu yarı iletken üretme teknikleri ve nanoteknoloji tabanlı elektronik cihazlar üzerine yoğunlaşmaktadır. Araştırma merkezlerine ek olarak nanoteknoloji kullanılarak üretilen ürünlerin ticarileşmesine imkan sağlamak amacıyla çalışan bir çok kuruluş bulunmaktadır.
Kore nanoteknolojinin mikro elektronik uygulamaları alanında yoğunlaşmıştır. Nanoteknoloji çalışmalarının sürüdürüldüğü bir çok üniversite ve araştırma merkezi olduğu gibi Korenin en büyük şirketlerinden biri olan Samsung mikro elektronik uygulamalar ve mikro elektromekanik sistemler (MEMS) üzerine araştırmalar yürütmektedir.
Tayvan, Singapur, Tayland Hindistan ve Vietnam nanoteknolojiyi öncelikli alan olarak belirlemiş ve uygun çerçeveyi belirlemek için adımlar atmaktadır.
Nano Teknoloji ile Ilgili Bir Makale
Nano Teknoloji nedir?
"Nano" Yunancadan ve Latinceden alınmış bir sözcüktür ve anlamı cüce demektir. Ayrıca kısaltma olarak milyarda bir olarak da kullanılır. Buna göre nano metrik sistemin içinde bir metrenin milyarda biri veya bir milimetrenin milyonda biridir.
Maddelere, milimetrenin milyonda biri büyüklüğündeki yapılara inerek yeni sentez özellikleri kazandıran nanoteknoloji, yakın gelecekte tüm dünyanın sanayi kollarına ve insan hayatının her yönüne yön verecek. Nano Teknoloji, Atom ve molekül ölçeğinde özel yöntem ve tekniklerle yapıların, materyallerin ve araçların inşa edilmesini; bu ölçekte ölçme, tahmin etme, izleme ve yapım faaliyetlerinde bulunmayı ve bu ölçeğin bazı temel özelliklerinden yararlanma kabiliyetini ifade eder.
Bilgi teknolojileri ve internet geleneksel-kurulu piyasalarda ve mevcut teknolojik altyapı içerisinde yaşamımızı değiştiren uygulamalara sahne olmuştur. Nano teknoloji kullandığımız aletler, bilgisayarlar, yapılar, elbiseler ve materyalleri değiştirecek ve yeni ürünler, piyasalar ve yaşam tarzını gündeme getirecektir. Nano teknoloji, yalnızca minyatürize olmuş ürün ve üretim yapıları ortaya çıkarmayacaktır; bunun yanı sıra üretim sürecinde kullanılan materyaller atom ve moleküler düzeyde ele alınıp işleneceğinden atom (kuantum) fiziği devreye girecektir. Bu anlamda nano teknoloji çeşitli alanlarda yeni teknoloji, piyasa ve ürünlerin ortaya çıkmasına olanak tanımaktadır.
Almanya bu konular üzerinde öncülük yapmaktadır ve 1 Milyar Dolardan fazla Nano-araştırmasına yatırım yapmaktadır. IBM, Fujitsu ve Intel´de Nano teknik dâhilinde mikroskobik küçüklükte Çipler üretmek için çalışmaktadırlar.
Amerika"da özel sektör hariç sadece devletin nano teknolojiye ayırdığı kaynak 2003 yılı için 600 milyon dolar. Japonya"da ekonominin temel dinamikleri elektronik sektörüne dayandığı için bu ülke nano teknoloji çalışmalarına 500 milyon dolar kaynak ayırıyor. Başta Çin olmak üzere Rusya, Almanya ve İngiltere de konunun önemini kavradı ve bu yöndeki çalışmalara kamu bütçesinde yer veriyor. Son zamanlarda önemli gelişmeler kaydedilen nano teknolojiyle metrenin milyarda biri oranında suni parçalar üretmek mümkün. Bu teknoloji yardımıyla uzun süre solmayan boyalar, etkisini hızlı gösteren ve daha etkili ilaçlar veya daha uzağa gidebilen golf topları üretilebiliyor. Bu alanda, hükümetin de desteğiyle önemli gelişmeler kaydeden Tayvan, 2012´ye kadar 32 milyon dolarlık ürün üretecek. Böylece 350 milyar dolarlık Tayvan ekonomisinin yüzde 10´unu kaplayacak.
Bugün hayal gibi görünse de, kullandıklarımızdan binlerce kat hızlı bilgisayarlar, damarların içinde ilerleyerek hastalıkları tedavi edecek nano aygıtlar, organların içinde ameliyat yapabilecek robotlar, betondan daha dayanıklı plastik binalar, hareketleri şarj edilmiş elektrik ile sağlanan yapay kaslar, çok daha hafif ve gelişmiş silah sistemleri gelecekte karşımıza çıkacak. Enerji konusundaki temel sıkıntı olan enerji sarfiyatı sıfıra inebilecek ve zararlı her tür atıktan kurtulmak mümkün olacaktır.
İnsanoğlu hayal ettiklerini gerçekleştirir. Nanoteknoloji insan hayatında nasıl gelişime sebep olur bir düşünelim ve fikir yürütelim. Mesela, paranın hiç kullanılmadığı bir sistem düşünelim, bu sistemde kredi kartı yerine nano teknoloji sayesinde geliştirilmiş ve içinde hemen her bilgi bulunduğu bir kart düşünelim, çalışanın maaşı ve birikimleri bu kartta hatta biraz daha ileri gidelim ve kimlik, ehliyet, pasaport, okul kimlikleri gibi birçok belge bu nano teknoloji sayesinde tek kartta toplansın. Bu kartta kişinin sağlık bilgileri doktor kontrolleri, geçirdiği ameliyatlar gibi gerekli bilgiler olsun. Hayal gücümüzü biraz daha zorlayalım ve aile bireylerinin anne babanın geçirmiş oldukları rahatsızlıklar da bu kartta olsun. İnsan hayatına getireceği kolaylıkları düşünmemizde sadece bir kapıdır bu yazdıklarım. Bunlar size sadece güzel bir hayal gibi gelebilir ama yakında hem de çok yakında nano teknoloji hayatın merkezine oturacak gibi görünüyor.
Tıp alanında da nano teknoloji hızla kullanılır hale gelmiştir. Uzmanlar bilimde bir devrim olarak ifade edilen nano teknolojinin bu sorun karşısında işe yarayıp yaramayacağını sınamak üzere, önce kobay olarak belirlenen hamsterlerin görüşü sağlayan optik sinirlerini kesti. Böylece kemirgenler kör oldu. Bunun ardından kopuk olan noktaya nano tanecikler yani mikroskobik büyüklükte tanecikler içeren bir sıvı enjekte edildi. Sıvının yardımıyla sinirler kendilerini onardı ve görüş imkânı geri kazanıldı.
Nano teknoloji kullanılarak gerçekleştirilen bir uygulamayı patent ile koruyan ülkeler; yirmi yıl boyunca o teknolojiyi kullanacak diğer ülkeleri kendilerine bağımlı hale getiriyorlar.
Bilgi teknolojileri ve internet geleneksel-kurulu piyasalarda ve mevcut teknolojik altyapı içerisinde yaşamımızı değiştiren uygulamalara sahne olmuştur. Nano teknoloji kullandığımız aletler, bilgisayarlar, yapılar, elbiseler ve materyalleri değiştirecek ve yeni ürünler, piyasalar ve yaşam tarzını gündeme getirecektir. Devlet ya da devlet büyüklüğündeki işletmeler artık nano teknolojiyi bir adım ileriye götürecek atılımlar içinde olmak zorundadırlar. Ya bir adım ileri ya da bir yüzlerce adım geriye düşeceklerinin farkına bir an önce varmalılar. Nano teknolojiye sahip çıkan mutlaka kazanacaktır.
Sözün özü nano teknoloji muhatabını arıyor!
