NANOTEKNOLOJİ

1. NANOTEKNOLOJİ Hazırlayan ve Sunan Çağatay COŞKUN 050703044

2. İçerik Olarak; • Nanoteknoloji Nedir? • Nanoteknolojinin Tarihi • Yaklaşan Devrim Nanoteknoloji • Karşılaşılan Sorunlar • Nanoteknolojinin Hedefleri • Ülkemizdeki Durumu • Atomlar ve Nanoteknoloji • Kullanım Alanları • Malzeme ve İmalat Sektörü • Nanoelektronik ve Bilgisayar Teknolojileri • Tıp ve Sağlık Sektörü • Havacılık ve Uzay Araştırmaları • Çevre ve Enerji • Bioteknoloji ve Tarım • Savunma Sektörü • Nanoteknoloji ile Geleceğe Bakış • Kaynakça

3. Nanoteknoloji Nedir? Nanometre terimi, Antik Yunanca’ da ‘cüce’ anlamına gelen ‘nano’ kökünden gelmektedir. Bir nanometre, milimetrenin milyonda biridir. Bir başka ifadeyle, insan saçı çapının yüz binde biri bir nanometreye denk gelmektedir. Ayrıca Nano değeri, maddenin atomdan önceki son basamağını teşkil etmektedir. Nanoteknolojinin bir başka tanımıysa, üretilmek istenen maddenin, atomlarından başlayarak yapılması kavramıdır. İlk defa dile getiren ABD’ den EricDrexler’ dir. Nano teknoloji üzerine yoğunlaşan Foresight Enstitüsü’ nün kurucusu olan Drexler, ünlü MIT laboratuarındaki eğitimi sırasında, biyolojik sistemlerden esinlenerek, moleküler makineler yapılabileceğini önermiş, nano teknoloji kavramını ortaya atan kişi olmuştur.

4. Nanoteknoloji Nedir?

5. Nanoteknoloji Nedir? Nanoteknoloji, atomların tek tek kullanılarak, yalnızca çalışabilen değil; iş gören, makro boyutta, dünyada olmayan niteliklere sahip aygıtların üretilmesi ve kullanılmasını amaçlayan bir teknoloji alanıdır. Türkçeye “moleküler üretim” diye çevrilebilecek nanoteknoloji kavramı, son yıllarda çokça adından söz ettirmektedir.

6. Nanoteknolojinin Tarihi • Yıllar önce bir odayı tek baslarına dolduran bilgisayarlar, önce masa üstü, ardından dizüstlerine, şimdilerde de cebimize girecek kadar küçüldüler. • Mikron boyutlarında hayatımıza giren gelişmelerse sadece bilgi işlemle sınırlı kalmıyor. Tarımdan tıbba, mikro mekanikten yongalara dek hemen her alanda nanoteknolojinin günlük hayatımıza katacağı şeyler var. • Hemen her gün mikron boyutlarında yaşanan gelişmeler sadece masaüstü ya da diz üstü sistemler için geçerli olmaktan çıktı. Bilgi işlemci arenasındaki yarışta hayati önem taşıyan bir noktaya gelmiş olup, artık hayatımızın hemen her anında kendini göstermektedir.

7. Nanoteknolojinin Tarihi 60`lar-Feynman Nanoteknoloji vizyonunun ortaya çıkışını, 1959 yılında fizikçi Richard Feynman’ın malzeme ve cihazların moleküler boyutlarda üretilmesi ile başarılabilecekler üzerine yapmış olduğu ünlü konuşmasına kadar dayandırabiliriz (There is Plenty of Room at theBottom). Bu konuşmasında Feynman minyatürize edilmiş enstrümanlar ile nano yapıların ölçülebileceği ve yeni amaçlar doğrultusunda kullanılabileceğinin altını çizmiştir.

8. Nanoteknolojinin Tarihi 80`ler-Uygun mikroskopların geliştirilmesi Boyutlar küçüldükçe, yapılan çalışmaları izlemek zorlaşmıştır. 1981 yılında IBM tarafından yeni bir mikroskop türü “ScanningTunnelingMicrospcope” (STM) geliştirildi. Bu önemli ilerlemede pay sahibi olan araştırmacılar bu buluşları ile 1986’da Nobel Fizik ödülünü aldılar. Aynı zamanlarda STM mikroskobunun bir türevi olan “AtomicForceMicroscope” (AFM) geliştirildi. Feynman’ın bahsetmiş olduğu enstrümanların (scanningelectronmicroscope, atomicforcemicroscope, nearfieldmicroscope vb.) 1980’lerde geliştirilmesi ve eşzamanlı olarak gelişen bilgisayar kapasiteleri ile nano skalasında ölçüm ve modelleme yapılması mümkün olmuştur.

9. Nanoteknolojinin Tarihi 90’lar –Fullerene-Karbon Nanotüpler-Drexler 1990’ların başında Rice Üniversitesinde Richard Smalley öncülüğündeki araştırmacılar 60 karbon atomunun simetrik biçimde sıralanmasıyla elde edilen futbol topu şeklindeki “fullerene” molekülleri geliştirildi. Elde edilen molekül 1 nanometre büyüklüğünde ve çelikten daha güçlü, plastikten daha hafif, elektrik ve ısı geçirgen bir yapıya sahipti. Bu araştırmacılar 1996 yılında Nobel Kimya ödülünü aldılar. 1991 yılında Japon NEC firması araştırmacılarından birinin, SumioIijima’nın, karbon nano tüpleri bulduğunu duyurdu. Karbon nano tüpler, fullerene molekülünün esnetilmiş bir şekli olup benzer şekilde önemli özelliklere sahip, çelikten 100 kat daha güçlü ve ağırlığı çeliğin ağırlığının 6’da 1’i kadardı.

10. Nanoteknolojinin Tarihi 2000’ler – Yarış başlıyor ! 1999 yılında ABD’de Bill Clinton hükümeti nanoteknoloji alanında yürütülen araştırma, geliştirme ve ticarileştirme faaliyetlerinin hızını artırma amacını taşıyan ilk resmi hükümet programını, Ulusal Nanoteknoloji Adımını (NationalNanotechnologyInitiative) başlattı. 2001 yılında Avrupa Birliği, Çerçeve Programına Nanoteknoloji çalışmalarını öncelikli alan olarak dahil etti. Japonya, Tayvan, Singapur, Çin, İsrail ve İsviçre benzer programlar başlatarak 21. yüzyılın ilk küresel teknoloji yarışında önlerde yer almak için çalışmalarına hız verdi.

12. YAKLAŞAN DEVRİM NANOTEKNOLOJİ 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.

13. YAKLAŞAN DEVRİM NANOTEKNOLOJİ Tarım, biyoloji, mekanik, elektronik, tip ve kimya alanlarında uygulanan yeni yöntemlerde de, nano teknolojinin nimetlerinden faydalanılmaya başlanması; bu sayede geliştirilen yeni ürün, hizmet ve yöntemler ile günlük hayatımıza girmeye başlamıştır. Geçmişine baktığımızda ‘yeni’ olarak nitelendirebileceğimiz nano teknoloji üzerine yapılan çalışmalara artarken, ciddi firma ve akademik kurumların bu alana yaptığı yatırımlar milyar dolarlara ulaşmış durumda. Hal böyleyken nano teknolojinin getirilerinin somut örneklere dönüşmesi ise çok şaşırtıcı değil.

14. YAKLAŞAN DEVRİM NANOTEKNOLOJİ Her geçen gün hızla ilerleyen teknolojinin sokaktaki insana yansıyan yüzü öncelikle cihaz boyutlarında yaşanan hızlı küçülme. Hepimizin bildiği gibi ilk bilgisayar bir oda kadar büyüktü ve yaptıkları işlemi ve hızlarını bugünkü modellerle kıyaslamak bile şu an için çok anlamsız bir davranış olarak değerlendirilebilir. Günümüzde çok güçlü bir bilgisayarın bir saat büyüklüğünde olabileceğini ve günlerce şarj edilmeden çalışabileceğini duyduğumuzda ‘neden olmasın’ diyebiliyoruz. Bundan 15 yıl önce ise 10MHz hızındaki işlemciler kullanıyorduk. Bugün ise 2GHz ‘lık bir işlemci için ise ‘idare eder’ dediğimiz bile oluyor. 15 yıl sonraysa ‘Vay be, o zamanlar 2GHz ‘lık işlemciler kullanırdık’ diyerek kendi kendimize güleceğiz.

16. KARŞILAŞILAN SORUNLAR Daha hızlı yongaların oluşturulmasında yaşanan en büyük engel devre elemanlarının üzerinde bulunan akıma olan direnci ve bunu oluşturduğu yüksek ısı. Mikron düzeyinde bir araya getirilmiş milyonlarca transistor öngörülen ısının üzerine çıkarak hatalara veya yonganın zarar görmesine neden olabiliyor. Electromgration’ adı verilen bu olayın yonganın zarar görmesine neden oluyor. ‘Electromgration’ metal atomlarının ince tabakalara bölünmüş yonganın yapısında yer değiştirmesiyle meydana geliyor.

17. KARŞILAŞILAN SORUNLAR Diğer bir sorunsa giderek gelişen yonga oluşturma teknolojilerinin yongalarda daha küçük devre elemanlarının bulunabilmesini sağlamasıdır. Fakat bu küçülmenin bir sınırı var. Yeni teknolojiler bu sınırı giderek zorlasa da bu minik transistörler birkaç tane molekülden oluşan bir hale gelince transistör görevini gerçekleştiremeyecektir. Yonga oluşturmada kullanılan yeni teknolojiler ve materyaller her yıl ‘en fazla su kadar küçülebilirler’ tahmininde değişikliğe neden olmaktadır.

18. KARŞILAŞILAN SORUNLAR Yongalar daha az güç harcıyor ve daha az ısınıyor. Doğal olarak bu özellikteki yongaları yüksek frekansta çalıştırılarak işlem performansını da arttırıyorsunuz. Ayrıca yongaların tasarımı, işlemcilerin ısı üretme ve yüksek saat hızlarında tutarlı çalışabilmelerini etkiliyor. Yonga üretiminde kullanılan yöntem aynı tasarıma sahip iki yongadan birinin diğerine göre daha hızlı olabilmesine, Daha küçük transistörlere sahip yongalar (mesela işlemciler), ürettiği ısıyı daha iyi dağıtabilmelerine, Küçük transistörlere sahip yongalar daha düşük voltaj ve yüksek frekansla nispeten yüksek işlem döngülerine ulaşabilmesine neden oluyor.

20. NEDİR MOORE YASASI? 1965 yılında İntel ‘in kurucularından olan GordonMoore ‘un ortaya attığı Moore yasasına göre işlemcilerdeki transistor sayısı 18 ayda bir ikiye katlanmaktadır. Moore, bu yasanın sonraki on yıl boyunca geçerliliğini koruyacağını tahmin etmişti ama Intel bu yasayı günümüze kadar çiğnemeden devam ettirmeyi başarabilmiştir.

21. NANOTEKNOLOJİNİN HEDEFLERİ • Uygun atomları ya da molekülleri doğru biçimde bir araya getirerek istenen yapıyı oluşturmak. • Yapı bölümlerinin kontrollü biçimde kendi kendilerinin kopyalamalarını ve büyümelerini sağlamak. • Moore Yasası ile öngörülmüş ve gerçekleşmiş olandan çok daha hızlı bir gelişme sağlamak. • Canlı yapılara cansız yapılanların bir arada işlev görmesini sağlamak. • Büyük devletler savunma sanayinin gelişmesi adında bu çalışmalara yüz milyonlarca dolar aktarıyor. Nano tabanlı projeler arasında bir hafta uykusuz kalabilmesine rağmen yüksek performansından hiç bir şey kaybetmeyen süper askerler, insansız uçabilen ve arıza yaptığında kendini tamir edebilen uçaklar gibi çalışmalar bulunuyor.

23. ÜLKEMİZDEKİ DURUMU • Ülkemizde sadece Gebze İleri teknoloji Enstitüsü, Sabancı, Bilkent, ODTÜ ve İTÜ ‘de küçük çaplı çalışmalar yapılmaktadır. Nanoteknolojinin açıklanması ve herkesin öneminin kavraması gerekiyor. Bunun için de ülkemizdeki üniversitenin birlikte bir çalışma yürütmesini şart koşuyor. • Özellikle üniversitelerde ilgili bölümler açılmalı ve gençlerin dikkati çekilmeli.. Triboloji alanında bir deha olarak kabul edilen bilim adamı Prof. Dr. Ali Erdemir nano-teknoloji kullanarak geliştirdiği yapay elmas özelliği taşıyan buluşuyla Nobeli R&D ödülünü üçüncü kez kazanması. • Prof. Erdemir ’in geliştirdiği nano özellikli karbon elmas tabakada sürtünme katsayısı çok düşük; bunun yanında ısıya dayanıklılığı ise son derece yüksek.

24. ÜLKEMİZDEKİ DURUMU • Her iki özellik de beklentileri karşılayacak kadar güzel bir başlangıç. 1977 yılında İTÜ Metalürji bölümünden mezun olan ve 1987 yılından beri de ABD ‘de Chicago kenti yakınlarında bulunan Argon laboratuarında araştırmalarını sürdüren Prof. Erdemir, geliştirdiği maddenin suni bir elmas gibi düşünülebileceği ve aynen gerçek elmasın özelliğine sahip olduğunu belirtilmektedir. • Geliştirilen bu teknik ile kesici ve delici aletlerin uçları ısıya çok dayanıklı bir hale getirilebilecek. Diğer bir yandan da uzay araçlarında kullanılan birçok cihazdan daha uzun ömürlü olabileceği kaydedilmiştir.

25. UYGULAMA ALANLARI

26. UYGULAMA ALANLARI • Malzeme ve İmalat Sektörü • Malzemelerin atomik ve moleküler boyutlardan başlayarak inşa edilmesi, konvansiyonel metotlar 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.

27. Nano tüpler, bir molekül gezegen dişlisi gibi çalışırlarken..

28. UYGULAMA ALANLARI • Nano-Elektronik ve Bilgisayar Teknolojileri • Elektronik araçların nanometre ölçeklerinde elde edilmesi ile halen kullanılan sistemlerinin işlem güçleri ve kapasiteleri bir kaç kat artacaktır. • Nanoteknolojilerin kullanım alanlarından biri olarak önerilen kuantum 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.

29. UYGULAMA ALANLARI • Tıp ve Sağlık Sektörü • Nanoteknoloji yaşayan sistemlere moleküler seviyelerde müdahale etme imkanı oluşturabilir. 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.

30. UYGULAMA ALANLARI • Tıp ve Sağlık Sektörü • Hatta vücuda ek bir bağışıklık sistemi de kazandırabilirler. Hedef hücrelerin özellikleri programlandığında, mesela grip virüslerine saldırabilir ve bünye hastalanmadan virüs istilasını durdurabilirler. Aynı zamanda vücuttaki her bulguyu rapor edip doktorluk da yapabilirler.

31. UYGULAMA ALANLARI • 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.

32. UYGULAMA ALANLARI • 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.

33. UYGULAMA ALANLARI • Bio-teknoloji 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.

34. UYGULAMA ALANLARI • Bio-teknoloji ve Tarım: • İnsanlık tarihi de gelecekte ortaya çıkacak tehlikeleri anlatanlarla dolu. Bu konudaki en çarpıcı örnek Unabomber, Gerçek ismi Theodore Kaczynski olan Unabomber, 17 yıl boyunca üniversitelerde bilgisayar ve genetik konularında araştırma yapan bilim adamlarına öncelikli olmak üzere, çeşitli kişilere bombalı paketler gönderip sonunda teknolojik ilerlemenin insanlığı mahvedeceğini anlatan bir manifestoyu New York Times ve diğer önemli yayın organlarında bomba tehdidi ile yayınlatmış biri. Elbette bu görüşe katılan başka kimseler de var. Ama görünen o ki ilerleme her zaman devam etmekte ve bu böyle sürecektir.

35. UYGULAMA ALANLARI • Savunma Sektörü • Nano-teknoloji askeri uygulamalar konusunda bir çok alanda potansiyel vaat etmektedir. • Geliştirilmiş elektronik savaş kapasitesi, daha iyi silah sistemleri, geliştirilmiş kamuflaj ve akıllı sistemler bir çok Ar-Ge çalışmasının gerçekleştirildiği alanlardır.

36. NANOTEKNOLOJİ İLE GELECEĞE BAKIŞ • Çok hafif ve dayanıklı olacak nano-materyaller yapılacak araba, uçak ve uzay araçları ile çok az enerji tüketimi ile daha uzun ve güvenli yolculuklar yapılabilecek. Ayrıca doğada mevcut birçok teknoloji hayata geçirilebilecek. • Lotus Çiçeği yaprağının hiç ıslanmaması ve kirlenmemesi özelliğini bu şekilde aydınlatmak mümkün olabilir. Çözüm bulunduktan sonra kirlenmeyen ıslanmayan kaşıklar, çatallar, elbiseler üretilebilecek. • Diğer yandan sağlık alanına yönelik olarak yapılacak akıllı nano robotlar, hastalığı teşhisini koymada önemli görevler üstlenecek ve gerektiğinde hastalıklı bölgelere ilaç vererek tedavi gücünü arttıracaklar.

37. NANOTEKNOLOJİ İLE GELECEĞE BAKIŞ • Ayrıca, otomotiv sektörünün en önemli sorunlarından biri olan araçların üzerindeki boyaların çizilmesi ve kaportaların aşınması sorunu da nano teknoloji sayesinde çözülecek. • Nanoteknoloji ile işlenmiş gümüş, bakterilerin üremesini engelleyebiliyor (ya da yaşamlarını zorlaştırıyor). Nano- gümüş olarak adlandırılan işlem bir asi görevi üstleniyor. Nano-gümüş kaplanan yüzeyler bakterilere geçit vermiyor. Asıl uygulama alanları, bakterisiz ve mikropsuz ortamların oluşturulması gereken ortamlar. Özellikle hastaneler ve mutfaklar için oldukça faydalı olacak bir buluş. • Pimapen, kendi kendini temizleyen, bir başka değişiyle hiç kirlenmeyen bir pencere modeli üretmek için kolları sıvamış durumda. Bu tip ürünler, yurt dışındaki teknoloji fuarlarında yeni yeni tanıtılıyor. Pimapen ‘in 20. yılı dolayısı ile düzenlenen basın toplantısında tanıtılan bu projede nano-teknolojiye dayanıyor. Firmalar bu amaca yönelik laboratuar çalışmalarını sürdürmektedirler.

38. NANOTEKNOLOJİ İLE GELECEĞE BAKIŞ • Başka bir ilginç uygulama ise şöyle: Külçe altın oda sıcaklığında tepkimeye girmemesine rağmen 3-5 nanometre boyutlarına getirildiğinde pek çok tepkimeyi tetikleyebiliyor. • Nano altınların özelliğini fark eden bir Japon firması koku yok ediciler geliştirmiş. Bu koku yok ediciler tuvaletler için biçilmiş kaftan. Bir iki nanometre çapında, kamış biçimli, moleküler olan karbon-nano tüpler, biçimlerine bağlı olarak elektriği metal ya da yarı iletken özellikte taşıyorlar.

39. NANOTEKNOLOJİ İLE GELECEĞE BAKIŞ • Nano-teknolojik çalışmalara güzel bir örnek olarak da İsrailli bilim adamlarının projesi verilebilir. İsrailli bilim adamları biyolojik molekülleri bir test tüpü içinde, bir bilgisayar oluşturmayı başardılar. Bu çalışma, bir milimetrenin onda biri hacmindeki su damlacığı içinde 1 trilyon bilgisayarın bir arada bulunarak aynı anda işlem yapmaları anlamına geliyor. • Bu araştırmanın ileride insan, hayvan ve bitki bedenindeki biyokimyasal ortamla etkileşerek önemli biyolojik ve farmakolojik uygulamalara olanak sağlayacak bilgisayarların geliştirilmesine yol açabileceği belirtilmektedir.

40. KAYNAKÇA • http://www.nanoteknoloji.gen.tr/ • http://www.medikalteknoloji.com/news-i736-33.html • Video http://www.youtube.com/watch?v=vEYN18d7gHg • http://www.elektromania.net/bilim/teknohaber.asp?id=32 • http://images.google.com.tr/imgres?imgurl=http://www.usakgundem.com/image/Image/teknopark/NanoCartriangle.jpg&imgrefurl=http://blogs.usakgundem.com/teknopark/%3Fgroupid%3D3&h=188&w=250&sz=18&hl=tr&start=58&tbnid=ZmmKdD7di6NYYM:&tbnh=83&tbnw=111&prev=/images%3Fq%3DNANO%2BYAPILAR%26start%3D40%26gbv%3D2%26ndsp%3D20%26hl%3Dtr%26sa%3DN • http://www.1resimler.com/data/media/1227/Dunya_ve_Ay.jpg

41. Beni Dinlediğiniz için TEŞEKKÜR EDERİM..

42. AMAÇLANAN GELİŞMELER