Nanometreyi ifade eden nano kelimesi, malzemelerin mekanik, termal, elektrik, manyetik, optik ve estetik gibi temel özelliklerini etkileyen, metrenin milyarda biri ölçeğindeki uzunluk ölçüsünü tanımlamaktadır [1]. Nanoölçekteki malzemelerin özellikleri, yüzey/hacim oranında meydana gelen değişimlere bağlı olarak büyük ölçekte gösterdikleri özelliklerinden farklı olabilmektedir. Malzeme boyutu 100 nm’nin altına düştüğünde, malzemenin temel özellikleri çarpıcı biçimde değişmektedir [2].

Nanoteknolojinin ilgi alanı nedir?

Nanoteknoloji, yarıiletken teknolojisi, bilgi teknolojisi ya da hücresel ve moleküler biyoloji ile karşılaştırıldığında, 21. yüzyılın başlarında dünya ekonomisini ve toplumu derinden etkilemiştir. Ana konusu, bireysel atomlar ya da moleküllerden mikronaltı boyutlara kadar olan ölçekteki fiziksel, kimyasal ve biyolojik sistemlerin üretimi ve uygulaması ile ilgilidir [2]. Nanoteknoloji, malzemelerin farklı özelliklerinin yeni kombinasyonları ile yeni malzemelerin ve daha az enerji, madde ve sarf malzemesi tüketen nano boyutta cihazların üretim olanağını sunmaktadır [3].

Nanomalzemelerin Sınıflandırılması

Nanomalzeme, nanoölçekte bir ya da daha fazla dış ve iç boyuta ya da yüzey yapısına sahip olan malzeme olarak tanımlanmasına rağmen, nanomalzeme sınıfları nanoölçek boyutlarında olmayan 0-D (nanopartikül), 1-D (nanolif, nanotüp, and nanoçubuk), 2-D (nanofilm and nanokaplama) ya da 3-D (katı malzeme) malzemelerden oluşmaktadır. Nanomalzemeler, metalik malzemeler, seramikler, polimerler ve kompozitlerden üretilebilmektedir. Metalik malzemeler, doğada metalik tip bağlar oluşturduklarından, oda sıcaklığında, sıcaklık ve elektriği iyi iletirler. Bazı durumlarda, karbon, silikon ve nitrojen gibi metal olmayan malzemeler metallere eklenebilir. Bu karışımlar, alaşım olarak adlandırılmaktadır ve metalik alaşımlara en iyi örnek demir ve karbondan oluşan çeliktir. Seramikler, yapısındaki iyonik ve kovalent bağlardan dolayı, sert, kırılgan ve yalıtkan özelliktedir. Aynı zamanda korozyona karşı dirence sahiptir. Cam, tuğla, taş ve porselen bilinen seramik malzemelerdendir. Polimerler ise tahta, lastik ve yün gibi doğal polimerler; proteinler, enzimler ve selüloz gibi biyopolimerler ve Teflon ve Kevlar gibi sentetik polimerler gibi birçok organik molekülün biraraya gelmesiyle oluşan uzun molekül yapılarını kapsamaktadır. Bu malzemeler iyi derecede yalıtkanlık ve korozyon direnci göstermektedirler. Nanomalzemelerin üretiminde kullanılan bir diğer favori malzeme ise kompozitlerdir çünkü bu malzemeler, iki ya da daha fazla sayıda farklı özelliklere sahip malzemenin birleşmesiyle, kendisini oluşturan malzemelerin gösterdiği özelliklerden farklı yeni özellikler göstermektedir. Kompozitleri oluşturan malzemelerden biri matriks özelliği taşırken diğeri destek görevi yapmaktadır [1].

Nanoürünlerin Uygulama Alanları

Nanoteknoloji ile üretilen ürünler, elektronik ve bilgisayar, enerji, tıp, inşaat, boya, tekstil gibi değişik alanlarda yer bulmaktadır. Örneğin, karbon nanotüplerenerji depolama ya da ekran ve pillerin etkinliğini iyileştirmede yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu ürünler, boya sanayisinde evlerde, arabalarda ve deniz araçlarında temizlik ve mikrobik direnci sağlamada kullanılmaktadır. Tekstil alanında ise nano, giyim eşyalarını leke ve mikrobik bulaşmadan koruma amaçlı kaplama ve hidrofobikliği iyileştirmede kullanılmaktadır. Bir diğer önemli konu olan, ilaç salımı ve yapay organ ya da vücut kısımları gibi doku mühendisliği uygulamaları henüz tam anlamıyla mümkün olmasa bile bu doğrultuda yapılan girişimler yaygın hastalıkların tedavisinde yardımcı olabilecektir.

Referanslar

[1] Schodek, Daniel L., Paulo Ferreira, and Michael F. Ashby. Nanomaterials, nanotechnologies and design: an introduction for engineers and architects. Butterworth-Heinemann, 2009.

[2] Bhushan, Bharat. Springer handbook of nanotechnology. Springer, 2006.

[3] Ramsden, Jeremy. Nanotechnology: an introduction. William Andrew, 2011.