Nanomalzemelerin Teknolojideki Kullanım Alanları

Nanomalzemelerin kullanım alanları çok geniştir. Nanomalzemeler çok çeşitli olup bunların bir çoğu doğada bulunmaktadır. Deniz serpintisi ve erozyon gibi süreçler, nanoparçacık üreten doğal süreçlerdir.

Nanomalzemelerden üretilen sağlam kompozitler (birden fazla karma atom veya malzeme) ile hafif bisikletler yapılmaktadır.

Nano yapılı katalizörler, kimyasal imalat süreçlerini etkin kılmakta ve enerji tüketimi ile atık üretimini azaltmaktadır.

Yeni transistörlerde, hızlı bağlantı elemanlarında ve bilgisayar yongaları (chipler) gibi elektronik aygıtlarda nanomalzemeler kullanılır.

Nanoteknoloji; konutların, otomobillerin ve enerjiyi verimli kullanan yakıt hücrelerinin yapımında, pilve güneş paneli üretiminde, içme suyunun arıtılmasında, çevresel atık ve hasarların saptanmasında ve temizlenmesinde bilim insanlarına çözüm yolları sunmaktadır.

Nanomalzemelerin kullanım alanlarını ayrıntılı olarak ele alalım:

Vitray camlar

Vitray camlardaki renkler,camın karışımında bulunan, nano boyuttaki çinkove kadmiyum sülfat, bakır oksit, kobalt, krom, altın ve demir gibi nanoparçacıklardan oluşmuştur.

Nanoparçacıklar

Çapları 100 nm’nin altında olan parçacıklardır ve aynı malzemenin kütle hâline göre üstün özelliklere sahiptir. Doğada bol bulunmakla birlikte, özel üretilen metaloksit türevleri de vardır.Örneğin titanyumdioksit (TiO2) ve çinko oksit (ZnO); nano boyutta saydam olduklarından güneşin morötesi ışınlarını yansıtabilmektedir. Bu nedenle güneş kremlerinde kullanılırlar. Ayrıca gıda maddelerinin toz biçiminde olanlarında (tuz,hazır kahve türevleri) topaklanmayı önleyici silikondioksit (SiO2), nano boyutlu katkı maddesi olarak kullanılır.

Ayrıca, aşınmaya karşı dayanıklılık özelliğiyle alüminyum silikat ve anti bakteriyel özelliğiyle gümüş, dikkat çeken diğer nanoparçacıklardır.

İnce film ve yüzeyler

Silisyum tümleşik devrelerde, birçok cihazın çalışması ince filmlere dayanır ve bunların kalınlığı atomik boyutlara kadar inmektedir. Arabalarda kullanılan katalitik konverterde nano boyutta platin, paladyum, rodyum ve son zamanlarda bunlara ek olarak altın parçaları kullanılmaktadır.

Fullerenler

Grafen, karbon atomunun nano boyutta bal peteği örgülü yapılarından biridir. Fullerenve nanotüp gibi yeni sentezlenen formları da mevcuttur. 1985 yılında bir grup bilim insanı, 60 adet karbon atomundan oluşan bir nano molekül varlığını keşfetti. Futbol topuna benzeyen bu molekül, Mimar Fuller’in yaptığı bir kubbeye benzediği için fulleren adını almıştır.

Karbonun buharlaşmasıyla elde edilen bu molekül doğada az bulunur. C60 nano boyutta, iken kütle hâlindeki karbonda olmayan özelliklere sahiptir. 2007 yılında da 80 adet Bor (B80) atomundan oluşanyeni bir nano yapı keşfedildi. Daha sonra, laboratuvarlarda “karbon nanotüpler” üretildi. Fulleren grubuna ait nano malzemelerden üretilen, karbon nanotüpler, tek sıra şeklindeki karbon atomlarının tüpşeklinde sıralanmış hâlidir. Aşağıda temsilî şekilleri verilmiştir.

Tek çeperli bir karbon nanotüp, çeliğe göre 100 kat daha dayanıklıdır. Diğer taraftan çelikten çok daha hafif ve esnektir. Ayrıca çok üstün elektrik ve ısı iletkenlikleri vardır. 1 cm2 kesiti, 108A akım taşıyabilir.

Tenis raketlerinde, hafif ve sağlam olmaları nedeniyle karbon nanotüpler kullanılmaya başlanmıştır. Ayrıca arabaların konsol, direksiyon ve metal hariç genel aksamlarında da karbon nanotüp karışımı malzemeler kullanılır. Ancak karbon nanotüplerin önündeki en büyük engel, üretim aşamasındaki maliyetleridir.

Nanoteller

Bir laboratuvar maddesi olarak üstün elektriksel, manyetik ve optik özelliklere sahiptir. Nanotransistörlerin yapımında eklem bağlantılarının vazgeçilmez araçlarıdır. Nanoteller, yonga (chip) üretiminde,nano boyuttaki bağlantıları gerçekleştirir.

Kuantum noktalar

Kuantum noktalar, nano boyutlu kristallerdir ve yarı iletkendir. Kuantum noktalarına, birkaç atomdan, binlerce atoma kadar atom barındırabilen devasa bir yapay atom diyebiliriz. Çapları 2-15 nmkadardır. En küçük boyuttakiler mavi ışıma yaparken en büyük boyuttakiler kırmızı ışıma yapmaktadır. Görünür ışıma yapabildikleri gibi kızılötesi ışıma da yapabilirler. Bu sayede kuantumnoktalar, biyoajanlar eklenerek tıbbi görüntüleme işlemleri, LED’ler, güneş panelleri, elektronik ve bilgisayar uygulamaları için büyük gelişmeler vaat ediyorlar.

Tekstil

Tekstil ürünleri ince bir tabaka halinde titanyum oksit (TiO) parçaları ile kaplandığında, kiri oluşturan organik maddeler, güneş ışığı altında tepkimeye girerek kiri, suya ve karbondiokside (CO2) dönüştürmekte ve tekstil ürünü temizlenmiş olmaktadır. Burada TiO, katalizör görevi görmektedir.

Bazı kumaşlardaki tüy hâlindeki nanoparçacıklar, suyu ve diğer ürünleri iterek kumaşa su geçirmez ve leke tutmaz bir özellik kazandırmaktadır. Kırışmaz kumaşlar yapılabilmekte ve çorap gibi ürünlere katılan nano gümüş parçacıklar, anti bakteriyel ve mantarları yok edici özellikler kazandırmaktadır.

Yüzey Kaplama ve Boyacılık

Yüzeylerin titanyumdioksit (TiO2) nano partikülleriyle kaplanması, özellikle kendini temizleyen camların ve boyaların oluşmasını sağlamıştır. Boyalardaki parlaklık ve aşınma direnci de yine bu nanoparçacıklar ile elde edilmektedir.

Bilim insanlarının ve mühendislerinin ortaklaşa çalışmaları sürdükçe nanoteknoloji ve nanobilim, insanlığın hayatını kolaylaştırmaya devam edecektir. Bu gidişle 21. yüzyılın, nanoteknoloji ve süper iletkenlik gibi alanlarda, araştırma ve geliştirme faaliyetleri üzerine bina edileceği anlaşılmaktadır.