Nano Teknolojinin Bulunuşu ve Türkiye’de Kullanım Alanları Nelerdir?

29 Aralık 1959’da Amerikan Fizik Cemiyetinde Richard Feynman’ın “Aşağıda Daha Çok Yer Var” adlı konuşmasında nanoteknolojide yapılabilen olaylara değinmesi, nanoteknolojinin başlangıcı kabul ediliyor. Feynman atomları ve molekülleri çok hassas aletlerle manipüle ederek, çok küçük boyutlarda operasyon yapılabilabileceğini anlatıyordu. Tabi o zamanlar tarif edilen bu sürecin ismi henüz nanoteknoloji değildi. Feynman küçük boyutlarda yerçekimi gibi kanunlarının öneminin azalacağına, Van der Waals gibi mikro düzeydeki zayıf kuvvetlerin daha önemli hale geleceğini söylüyordu.

Feynman o konuşmada 2 tane de problemi duyurdu; çözene de 1000$ ödül vereceğini söyledi. Birinci problem bir nanomotor yapımıydı. Problem 1960’da hemen çözüldü ve Feynman buna çok şaşırdı. William, İngiliz bir elektrik mühendisi idi. 13 parçadan oluşan kenar uzunluğu 1/64 inch (0.3 mm) olan küp şeklindeki bir motor yaparak ilk ödülü aldı. Nanoteknoloji açısından bir gelişme olmamıştı.

İkinci problem ise bir çivinin tepesine bütün Encyclopedia Britannica’yı yazmaya elverecek derecede harflerin küçültülmesiydi. Bu problem ise 1985’de Standford Üniversitesi mezunu Tom Newman tarafından çözüldü. Çivinin tepesine elektron demeti ile Charles Dickens’in İki Şehrin Hikayesi adlı eserini yazdı ve ikinci 1000$’lık ödülü aldı. Günümüzde de Feynman anısına nanoteknoloji adına gelişme yapmış insanlara “Feynman Ödülü” veriliyor.

Nanoteknoloji terimi ilk kez Norio Taniguchi tarafından “Temel Nano-Teknoloji Konseptleri” adlı makalede dile getirildi. Nanoteknolojiyi şöyle tanımlıyordu Norio Taniguchi: “Atom atom ya da molekül molekül ayırma, birleştirme, bozma sürecine nanoteknoloji denir”.

K. Eric Drexler 1980’lerde molekülleri rassal yöntemler yerine deterministik olarak işlemeyi detaylı bir şekilde inceledi. “Yaratma fabrikaları: Nanoteknoloji Devri” (1986) (aynı zamanda ilk nanoteknoloji kitabıdır) , “Nanosistemler: Moleküler Makinalar, İmalat ve Hesaplama” (ilk nanoteknoloji okul kitabı) adlı kitapları ile ortaya attığı düşünceler “moleküler üretim” olarak biliniyor.
1981’de Drexler ilk nanoteknoloji makalesini yayınladı.

Gene 1981’de STM (Taramalı Tünelleme Mikroskobu) Gerd Binnig ve Gerhard Rohrer tarfından üretildi. Bu mikroskop atomların yerlerini değiştirebiliyor. Buluşlarından dolayı 4 yıl sonra Nobel ödülü aldılar.

1985’de Robert Curl, Harold Kroto ve Richard Smalley fulleren sınıfından olan buckyball’u buldu. (Bu molekül bir futbol topunu andırdığı için böyle isimlendirilmiştir.) Bu 3 bilim adamı da 1996 yılında Kimya Dalında Nobel ödülünü aldı.

1986’da Binnig, Quate ve Gerber atomik kuvvet mikroskobunu buldular. (AFM)

1986’da ilk nanoteknoloji organizasyonu Foresight, Eric Drexler tarafından kuruldu. Amacı moleküler üretim bilincini artırmak. Kar amacı gütmeyen bir organizasyon.

1987’de ilk protein üretildi.

1988 bahar döneminde üniversitedeki ilk nanoteknoloji dersi Eric Drexler tarafından verildi. Kitap olarak Drexler’in “Yaratma Motorları” tavsiye edildi, ayrıca teknik notlar da kullanıldı. Yaklaşık 50 öğrenci dersi aldı.

1989’da IBM bilim adamı Don Eigler nikel yüzeye ksenon atomları ile IBM yazısını yazdı.

1989’da ilk nanoteknoloji “Nanotechnology” dergisi yayına çıktı. Hala yayınlanmaktadır.
1990’da Japonya nanoteknoloji projelerine başladı.

1991’de Sumio Iijima karbon nanotüpü buldu.

Türkiye’de Nanoteknoloji

Yeni gelişmekte olan Nanoteknolojinin 2025 yılı itibariyle hayatımızı büyük ölçüde etkileyeceği düşünülmektedir. Türkiye de şimdiden nanoteknolojiyi üretir hale gelebilmek için uygun adımlar atmaya başlamıştır. En önemli gelişme Ulusal Nanoteknoloji Merkezi’nin (UNAM) kurulmasıdır. Bu merkezin amacını Prof. Dr. Salim Çıracı şöyle ifade etmektedir:

“Geçen yüzyılın son çeyreğinde bilişim ve iletişim teknolojilerinde başlayan hızlı gelişmeler nanoteknolojiye yönelişi tetiklemiştir. Dünya ülkeleri Nanoteknoloji araştırmalarına üniversite ve sanayi sektöründe büyük yatırımlar yaparken ülkemizde de nanobilim ve nanoteknoloji de bir mükemmeliyet merkezi oluşturmak fikri Devlet Planlama Teşkilatı (DPT) tarafından benimsenmiş ve Bilkent Üniversitesinde Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezinin (UNAM) kurulmasına karar verilmiştir.

Proje, Fizik, Kimya, Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümlerinden ve Elektronik Mühendisliği Bölümünden çok değerli araştırmacılar tarafından yürütülmektedir. Bu araştırmacılarımızdan bazıları yıllardır nanobilimin gelişmesine katkılar yapmış ve Avrupa’da nanoteknoloji programlarının şekillenmesine yardımcı olmuştur. Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Laboratuarı tamamlandıktan sonra Türkiye’deki bütün araştırmacılara ve bilim adamlarına açık olacaktır. Belli zamanlarda araştırma konuları ilan edilecek ve bu araştırmalara ilgi duyan araştırıcılar projeleri ile başvuracaklar; kabul edilecek projeleri çerçevesinde laboratuar olanaklarını yeni nanoteknoloji ürünlerini geliştirmek üzere kullanabileceklerdir. Bu araştırmalarda yurt dışında çalışan bilim adamlarımızın da aktif bir şekilde yer almasını bekliyoruz. Merkez, araştırma-geliştirme işlevleri yanında ülkemizde nanobilim ve nanoteknoloji konusunda uzman yetişmesinde aktif bir rol üstlenecektir.

Projede en önemli araştırma-geliştirme çalışmaları nanotekstil, fiber, nanofotonik- nanoelektronik ve spintronik aygıtlar, fiber lazerler, spektroskopi, nanodetektörler ve nanoölçeklerde ölçüm aletlerinin geliştirilmesi üzerine yoğunlaşacaktır. Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezinde yapılan yüksek lisans ve doktora tezlerinin kısa zamanda ürüne dönüşmesi ve öğrencilerimizin kendi işletmelerini kurarak uluslararası nanoteknoloji pazarına girmesi en büyük arzumuzdur. Bu şekilde çok değerli beyinlerimiz dışarıya ihraç edilmek yerine ülkemizin refahına katkıda bulunacaktır, ülkemiz modern teknolojide mesafe kaydedecektir.” UNAM binasının inşaatı bitmiş olup, Temmuz 2007 itibariyle çalışmalarına başlamıştır.

Türkiye’ de NanoTeknoloji Uygulamalarının Kullanım Alanları

Sampaş Nanoteknoloji yerli sanayi için teknoloji danışmanlığı hizmeti vermektedir. En önemli ilgi alanımız, temelini en güncel nanoteknolojik  gelişmelerden alan bir “müşteri-odaklı çözüm” mekanizması kurmaktır. Ayrıntıya girecek olursak, hem küresel hem de iç piyasada iddiali olan sektörlerimize çözüm önerileri sunma hedefindeyiz. Aşağıda hedef pazarlarımızın ufak bir listesi görülebilir. Bu bölümde nanoteknoloji çözümlerinin bu sektörlere getireceği faydaların da altını önemle çizmekteyiz.

Seramik Sanayi

Ülkemiz seramik sanayiinin, üretim potansiyeli itibariyle dünya sıralamasında ilk beşte yer alması, bu sektörün ülkemiz açısından ne denli önemli olduğunun bir göstergesi olarak düşünülebilir. Yurt içi pazarda her ne kadar fiyat unsuru rekabeti tetiklemesi açısından en önemli bir kriter olsa da, küresel pazarda tasarım, yeni teknoloji gibi kavramlar sektörde bir adım öne geçmeyi sağlayan etkenler olarak değerlendirilmektedir. Ülkemizde seramik sektörüne paralel olarak gelişen inşaat sektöründe de görsellik , işlevsellik, sürdürülebilirlik ve çevreye duyarlılık gibi kavramlar, artık ürünlerin seçilmesinde tercih sebebi olmaktadır.

Yer karosu, duvar karosu, vitrifiye gibi geleneksel seramik malzemeleri çok bilinen bir teknolojiyle üretilmekte ve çok farklı tüketim ihtiyaçlarını karşılayacak şekilde çalışmaktadır. Nanoteknoloji sayesinde geleneksel seramik üretim proseslerine, çok düşük yatırım maliyetleri ile malzemelerin fiziksel ya da kimyasal yapısını bozmadan çok farklı özellikler katmak mümkün olmaktadır. Bu sayede sadece yeni bir pazar yaratmakla kalmayıp, farklı ihtiyaçlara da cevap verilebilmektedir. Günümüzde nanoteknolojinin, geleceği en parlak teknolojilerin başlangıç noktası olduğu düşünülürse; hızla büyüyen seramik sanayiindeki gelişmelerin de bu konuya kayıtsız kalamayacağı açıkça ortadır.

Ülkemizde üniversitelerde yapılan bilimsel çalışmalar haricinde, nanoteknolojik uygulamaların farklı sektörlerde üretime entege edilmeleri noktasında ortaya konması gereken hassasiyet henüz mevcut değildir. Global rakiplerin bir kısmının halihazırda nanoteknoloji uygulamalarını üretim süreçlerine dahil etmiş olmaları, yerli oyuncuları küresel pazarda, özellikle de ilerleyen yıllarda, ciddi anlamda tehdit eder hale gelecektir. Bu bağlamda; yerli üreticilerin bu riski çok geçmeden fark edip, acil önlemler almaları çok büyük bir önem arz etmektedir.

Cam Sanayi

Cam sanayi günden güne rekabetçi pazar dinamiklerinden daha çok etkilenmekte ve buna bağlı olarak bir inovasyon yarışının içine girmektedir. Böyle bir ihtiyaç müşteri taleplerinde yaşanan radikal değişimede atfedilebilinir. Bu bağlamda nanoteknoloji bir can simidi olarak tasavvur edilebilir. En yeni nanoteknoloji uygulamaları sayesinde camın bir çok yapısal özelliği (ısı yalıtımı, iletkenlik, yansıtırlık, vb.) iyileştirilebilir. Ayrıca camın yapısına “kendi-kendine temizleme” gibi ekstra özelliklerin kazandırılması da mümkün olabilir.

Türkiye’deki cam sanayi sektörü ülkenin küresel anlamda başı çeken bir kaç sektöründen biridir. Son yıllarda hem yıllık toplam üretim miktarlarında, hem de ihracat rakamlarında yakalanan düzenli artış eğilimi bu iddiayı destekler niteliktedir. Dolayısıyla, cam sektöründe hızlı ürün gelişimini hedefleyecek yeni yatırımlar olmasını beklemek hayalcilik olmayacaktır. Böyle bir ortamda nanoteknoloji uygulamalarının yerli üreticilere küresel piyasalardaki acımasız rekabetçi ortamında daha mücadeleci olabilmeleri için çok büyük avantaj sağlayacağı şüphe götürmez bir gerçektir.

Otomobil Sanayi

Yüksek verimlilikli ve yüksek performanslı materyallere olan ihtiyacın artması ve artan güvenlik ve emisyon standartları otomobil üreticilerini nanoteknoloji gibi yeni teknolojilere yöneltmiştir. Nanoteknolojiyi kullanarak, otomobil endüstrisi yeni büyüme potansiyeli ve gelişme momentumu yakalayacaktır.
Endüstri nanoteknolojiyi kullanarak masrafları, özellikle boyalar ve kaplamalarda, düşürebilirler. Örnek olarak nanomalzeme kaplamanın bir katmanı, muadili normal kaplamanın üç katmanıyla aynı özellikleri taşımaktadır. Ayrıca, nanomalzemelerin ileride katalitik konvertörde kullanılan az bulunan metallerin miktarını düşürebileceği ve 2010 yılına kadar yaklaşık 1 milyar dolar tasarruf sağlayacağı tahmin edilmektedir.
Türkiye’deki otomotiv endüstrisi çok hızlı büyümektedir. Yabancı üreticiler yeni fabrikalar açarak üretimlerini arttırmaktalar. Bu yüzden yerli araba parçası üreticileri satışlarını her gün biraz daha arttırmaktadırlar. Yakın gelecekte, otomotiv üreticileri pazarda rekabetçi kalabilmek için nanomalzeme teknolojisini kullanarak otomotiv parçaları üreten yerli firmalar arayışına girecektir demek varsayımın ötesine geçmiştir. Bu yüzden yerli üreticilerin çok geç olmadan nanoteknolojiye yatırım yapmaları artık bir mecburiyet haline dönüşmüştür.

Tekstil Sanayi

Hala emekleme evresinde olmasına rağmen nanoteknoloji tekstilde kendini şimdiden hissettirmeye başladı. Bu yeni teknoloji tekstil üreticilerine yüksek performans elyaf üretiminde yeni metotlar sunmaktadır. Bu uygulamaların bazı kullanım amaçları anti-bakteriyel, alev almayan ve kir tutmayan elyaf üretimi olarak gösterilebilir. Bu uygulamaların hepsi mevcut tekstil altyapısını kullanarak ve kumasın verdiği hissi değiştirmeden kolaylıkla uygulanabilmektedir. Nanoteknoloji tekstilin çok fonksiyonel olmasına olanak sağlar. Mesela tekstilin nanometre seviyesindeki en üst katmanı plazma teknolojisi ile modifiye edilmektedir. Bu teknik kumaşa mantar tutmayan ve suyu iten özellikler kazandırılmaktadır.  Diğer ilgi duyulan alanlar arasında kursun geçirmezlik, sensorlar ve kamuflaj sayılabilir.

Tekstil Türkiye’nin lokomotif sektörlerinden olduğu için bizim şirketlerimizin bu yeni teknolojiyi kullanmaları marketteki yerlerini korumak için büyük önem arz etmektedir. Eğer Asya ülkelerinin bu teknolojiye büyük yatırımlar yaptığını düşünürsek, Asyalı tekstil firmalarının çok yakında nanotekstil ürünlerini piyasaya süreceklerini söylemek hayalcilik olmaz.