Bu yazımda nano malzeme hakkında bilgi vereceğim. Nanoteknoloji, bir takım araçlar ve teknikler yardımıyla yüksek performanslı ürünler geliştirmek için çalışan ve gelecekte çok sık adını duyacağımız bir bilim dalıdır.
1 nm (nanometre), metrenin milyarda biri kadardır. Örneğin bir DNA sarmalı yaklaşık 2 nm çapa sahiptir. Genel olarak nanoteknolojinin çalışma alanı 1 nm ile 100 nm arasında olmaktadır. Nanoteknoloji ile moleküler boyutlarda yeni malzeme teknolojilerinin de gelişmesini sağlamıştır. En bildiğimiz örnekler nanotüpler olarak karşımıza çıkmaktadır. Özellikle karbon nanotüpler yardımıyla gelcekte birçok yapı yönünden sağlam ve hafif ürünler elde edilebilecektir. Bunun yanında hidrojen depolamasından yüksek depolama yeteneğine sahip batarya teknolojilerinin geliştirilmesine kadar çok farklı disiplinlerde çalışmalar sürdürülmektedir.
Genellikle 100 nanometreden daha düşük boyutlara inildiğinde maddenin makro boyutlarındaki fiziksel özellikleri (mekanik, optik, elektriksel vb.) nano boyut bölgesine göre kıyaslandığında çok daha farklı olmaktadır. Bu bölgeye kısaca “kuantum alanı” diyoruz. Bu özellik bize eşsiz uygulamalar yaratmaktadır. Makro ölçekteki bir opak malzeme Nano ölçekte şeffaf hale gelebilir, çözünmeyen maddeler çözünür hale gelebilir. Bu örnekleri daha da çoğaltabiliriz [1].
Son yıllarda Nano elektronik, nano mekanik, nano fotonik ve nano iyonik gibi farklı fizik alanları oluşmuştur. Bunların geliştirilmesinde ve ortaya çıkmasında elbetteki Mikro ürün üreten fabrikaların ve araştırmacıların katkıları olmuş, böylece Nano-malzeme teknolojisinde bir atılım ortaya çıkmıştır.
Nano Malzeme
Nano yapıya sahip malzemeler genellikle benzersiz optik, elektronik veya mekanik özelliklere sahip 1—100 nm arasında olan ürünlerdir [2]. Bu ürünler doğal olarak var olmuş da olabilir veya sonradan yapılarak da elde edilebilir.
Doğal Organik Nano Malzemeler
Aslında etrafımızdaki bazı biyolojik sistemler doğal ve fonksiyonel bir nanomalzemedir. Foraminifera (okyanusta yaşayan bir tür tek hücreli) ve virüsler’in (kapsit) yapısı, lotus veya Lâtin Çiçeğinin yaprağındaki parafin kristalleri, örümcek ipeği, Gecko kertenkelesinin ayaklarının altındaki “spatula” yapısı, bazı kelebeklerin kanat yapısı ölçekleri, doğal kolloidler (süt, kan), sert malzemeler (deri, pençe, gaga, tüy, boynuz, saç), pamuk, kağıt, sedef, mercan ve hatta kendi kemik matrisimizde doğal organik nano malzemeler bulunmaktadır [3].
Doğal İnorganik Nano Malzemeler
Doğal inorganik nano malzemeler yer kabuğunun çeşitli kimyasal koşullarında kristal büyüme ile meydana gelir. Örneğin bir kilde altta yatan kristal yapısının anizotropik olması nedeniyle karmaşık nano yapılar görünebilir ve volkan aktivitelerine bağlı olarak opal bir yapı meydana gelebilir. Bu yapılar doğal olarak oluşan fotonik kristallere örnektir.
Fulerinler (Fullerenes)
Fulerinler, kavramsal olarak grafen levhaların tüp veya küre şeklinde öbekleşerek oluşturduğu, karbonun grafit ve elmas haricindeki allotrop sınıfına verilen isimdir.
Karbon nanotüpler (veya silikon nanotüplerin) mekanik mukavemet ve elektriksel özellikleri gibi konular da bu alana dahildir [4].
Geçtiğimiz on yılda fulerinlerin kimyasal ve fiziksel özellikleri araştırma ve geliştirme alanında çok sıcak bir konu olmuştur ve uzun bir süre de olmaya devam etmesi muhtemeldir. 2003 yılının Nisan ayında, fulerinler potansiyel tıbbi kullanım alanları çalışma altındaydı: dirençli bakterilerin yapısına özgü antibiyotik bağlayıcılar ve hatta melanoma gibi kanser hücrelerinin belirli türde hedef alması gibi birçok çalışma yapıldı. Kimya ve Biyoloji dergisi Ekim 2005 sayısında hafif aktive edilmiş antimikrobiyal ajan olarak fulerinlerin kullanımını anlatan bir makale yayınlanmıştı. Nanoteknoloji alanında, ısı dirençleri ve süper iletkenlik gibi konular yoğun ilgi çeken araştırma konuları arasında yer alıyor.
Fulerinlerin üretilmesi için kullanılan genel bir yöntem atıl (inert) bir atmosfer içinde, yakın iki grafit elektrot arasında büyük bir akım göndermektir. Elektrotlar arasında ortaya çıkan karbon plazma arkı kurumla kaplı fulerinin izole edilebildiği bir çökelti içinde soğur.
Kaynak:
- Lubick N; Betts, Kellyn (2008). “Silver socks have cloudy lining”. Environ Sci Technol
- Buzea, Cristina; Pacheco, Ivan; Robbie, Kevin (2007). “Nanomaterials and Nanoparticles: Sources and Toxicity”
- Novel natural nanomaterial spins off from spider-mite genome sequencing. Phys.Org (May 23, 2013)
- “Fullerenes”, Encyclopaedia Britannica.