Nanoteknoloji Nedir, Kullanım Alanları Nelerdir?

Çok da eski olmayan bir tarihte adını sık sık duymaya başladığımız nanoteknoloji nedir?

Nanoteknoloji olarak adlandırılan teknoloji aslında “maddenin milyarda biri” anlamına gelen temel kuraldan yola çıkılarak adlandırılmış kısaltmış isimdir. Bugün günümüz dünyasında pek fazla alanda adı duyulsa bile aslında gelecek yıllarda çok daha fazla bu teknolojinin adını duymak mümkün hale gelecektir.

Özellikle de son dönemde giderek daha fazla artan teknolojiye ilgi ve nanoteknoloji ile ilgili çalışmalar sayesinde nanoteknoloji gelecek yıllarda daha fazla şirket ve devletin ilgisini çekecektir.

Nanoteknolojinin adı bugün en çok sağlık alanında duyulsa bile sadece sağlık alanında değil, aynı zamanda birden fazla alanda kendisinden söz ettirmektedir.

Nanoteknoloji kullanım alanları nerelerdir?

Sağlık-İlaç

Nanoteknolojinin en sık kullanıldığı sektörün sağlık-ilaç sektörü olduğunu söylemiştik. Nanoparçacıklar sayesinde başta kanser ilaçları olmak üzere çok sayıda akıllı ilaç üretiminde nanoteknoloji uygulamalarından yararlanılıyor. Ancak bilim insanları yaptıkları araştırmalar ve ilaç üretiminde sadece nanoteknoloji ile sınırlı kalmıyorlar. Nanoparçacıklar bilim insanlarının işine yararken, bazen bu çalışmalar başarılı olamayabiliyor ve ertelenebiliyor.

Elektronik

Teknoloji üreticilerinin bugün en büyük sorunları arasında pil sorunu geliyor. Üretici şirketler trilyonlarca dolarlık servetlerine rağmen güç tüketimini düşürme, pil kapasitesini boyutu değiştirmeden daha fazla artırma gibi konularda çok fazla sorunla karşı karşıya kalabiliyorlar. Başta elektronik olmak üzere teknoloji alanında nanoteknoloji çok fazla şirketin aktif olarak tercih ettiği uygulamaların-teknolojilerin başında geliyor.

Şirketler bu sayede cihazların kapasitesini daha fazla artırma, cihazlardan daha fazla verim elde etmek gibi konularda istedikleri başarıları tamamen olmasa bile çoğu zaman başarı ile elde edebiliyorlar.

Nanoelektronik, elektronik cihazlarda mevcut güç tüketimini azaltmak, mevcut performansını daha fazla artırmak için sürekli olarak geliştirilmektedir. Teknoloji her geçen gün gelişirken cihazların özellikle daha tasarruflu hale gelmesi son derece önem arz eden bir konu olarak tüketicilerin ve üreticilerin karşısına çıkmaya devam eder hale geldi.

Elektronik cihazlarda ekranların daha kaliteli görüntüler vermesi, daha yüksek çözünürlükler sunması ile daha fazla artan güç tüketiminin azaltılması ise bu nanoelektronik teknolojisi sayesinde yani kısaca yine nanoteknoloji sayesinde mümkündür. Bu sayede bu teknoloji ekranların ağırlık, kalınlık gibi fiziksel özelliklerini azaltıp ısınmayı engelleyerek özellikle güç tüketiminin azaltılması konusunda son derece önemlidir.

Bellek yongalarının yoğunluğunu amacıyla da nanoteknoloji kullanılmaktadır. Araştırmacılar, inç kare başına bir terabayt bellek veya daha büyük bir tahmini yoğunluğa sahip bir tür bellek yongası geliştirmek için bazı çalışmalar yapıyorlar.

Entegre devrelerde kullanılan transistörlerin boyutunun azalması için ise günümüzde %100 başarı elde edilmese bile bir grup araştırmacı bu konuda araştırmalarınızı sürdürüyor ve bu durumun mümkün olabileceğine inanıyorlar.

Nanoelektronik geliştirmeleri

Nanoelektronik projelerine örnek verilecek olursa bunlar aşağıdaki gibidir;

  • Royal Melbourne Teknoloji Enstitüsü’ndeki araştırmacılar, üretimi daha az maliyetli ve esnek olan ve daha az güç tüketen dokunmatik ekranlar üretmek için ince indiyum-kalay oksit levhalar üzerinde çalışmalar yapmaya başladılar. Bu sayede daha az üretim maliyeti ve daha fazla başarılı sonuç elde etmek mümkün olacak.
  • Plastik tabakalar üzerinde biriken kadmiyum selenid nanokristallerinin esnek elektronik devreler oluşturduğu ortaya çıkmıştır. 
  • Entegre silisyum nanofotonik CMOS bileşenler sayesinde başta SSD olmak üzere depolama ürünlerinde veri okuma ve yazma hızının büyük oranda artırılması konusunda çalışmalar devam etmektedir.
  • UC Berkeley’de görev yapan araştırmacılar, nanomagnetleri elektrik devrelerinde transistörler gibi anahtarlar olarak kullanarak daha düşük güç tüketimine yol açabilecekleri bir proje üzerinde çalışıyorlar.
  • Tokyo Üniversitesi ve Microsoft Research’teki araştırmacılar, standart mürekkep püskürtmeli yazıcılar kullanarak prototip devre kartlarını gümüş nanoparçacık mürekkebi sayesinde oluşturmayı amaçladılar.
  • Caltech’teki bazı üst düzey araştırmacılar, ışığın daha önce elde edilenden daha sıkı frekans kontrolü ile üretilmesine yardımcı nanopatternize bir silikon yüzey kullanan yeni nesil ve daha önce hiç eşi benzeri görülmemiş lazer ürettiler. Bu, fiber optik üzerinden bilgi aktarımı için çok daha yüksek veri hızlarına izin verebilecek bir çalışma olarak tarihe geçti.
  • Binalarda daha fazla ısı yalıtımı yapabilmek için çok daha küçük ama çok daha güçlü olan elektrik kaplama devreleri üzerinde çalışmalar olduğu bilinmektedir.
  • Stanford Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, karbon nanotüpleri kullanarak işlevsel entegre devreler yapmak adına bazı çalışmalar düzenlemişlerdir. Bu çalışmalar konusunda kesin sonuç elde edilemezken sonucunun iyi ve başarılı olabileceği düşünülmektedir.
  • Nano ölçekli entegre devreler üretmek için kendinden otomatik olarak ayarlanmış nanoyapılar kullanımının faydalı olabileceği ile ilgili bazı çalışmalar mevcuttur.

Gıda

Gıda alanında paketlemeden, ürün hijyenine kadar her konuda nanoteknoloji üreticilerin işine yarayan teknolojiler arasında yer alıyor. Gıda üreticisi şirketler nanoteknoloji sayesinde çok daha fazla başarılı sonuçlar alabildikleri gibi sevkiyat sistemlerine kadar birçok konuda nanoteknolojiden yararlanabiliyorlar.

München Teknik Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, sensörleri üretmek için karbon nanotüpleri esnek plastik yüzeylere püskürtmek için yeni yöntemler geliştirdiklerini açıkladılar. Bu sayede gıdaların ambalajlanması aşamasında çok daha hızlı, güvenli ve verimli sonuçlar elde edilebilecek olduğu bildirildi. Bu durumun özellikle büyük gıda üreticilerinin fabrika alanlarında çok daha fazla işine yarayabilecek olduğundan söz edildi.

Araştırmacılar aynı araştırmada, gazların (örneğin oksijen, hidrojen) veya ambalajlama için kullanılan plastiklerde silikat nanopartiküller kullanarak çok daha fazla verim alıyorlar ve sonuçta hava ile temas etmeden yapılan ambalajlama sayesinde ürünlerin kullanım ömrü herhangi bir kimyasal madde eklemeden çok daha uzun süre olabiliyor. Özellikle taze meyveleri kuru meyve olarak satışa sunan gıda üreticilerinin silikat nanopartiküller kullanarak ambalajlama tercih ederler ise bunun sonucunda çok daha fazla verim alabileceklerinden söz edilmekte.

Çinko oksit nanopartiküllerin kullanımı sayesinde UV (Güneş) ışınlarını engellemek ve antibakteriyel bir dış koruma sağlamak için kullanılarak ürünün kutusunun daha uzun süre sağlıklı kalması ve bozulması engellenebiliyor.

Bir paketleme tesisinde bakterileri ve salmonella gibi diğer kontamineleri tespit edebilen nanosensörler sürekli olarak geliştirilmeye devam ediyor ve bu sayede şirketler olası bakteri ve virüslerin gıdaların paketlenmeden önce içerisine girmesini büyük oranda engelleyebiliyor.

Kontamine gıdaların aynı zamanda tespit edilmesi için yapılan testler bu sayede çok daha ucuza ve çok daha zaman tasarruflu bir şekilde yapılabilir hale gelmekte.

Nanosensörler eğer ki vücudunuzda olası bir vitamin eksikliği mevcutsa bunu tespit edebilir ve vücudunuza ilgili vitamini salabilir. Bu sayede gereksiz vitamin alımı engellenmiş olur. Fazla vitamin organ hasarlarına bile sebep olabileceği için bu durum son derece önemlidir.

Vücudun ihtiyacı olan vitaminleri vermesi açısından nanosensörler gıda alanında son derece önemlidir. Bir gıdanın içeriğinde neler olup olmadığını %100’e yakın tespit etmek bu sensörler sayesinde çok daha hızlı, kolay ve doğru bir şekilde yapılabilir.

Nanoteknolji ve sensörler sayesinde aynı zamanda gıdaların istendiği şekilde üretilmesi ve değiştirilmesi mümkündür. Gıdaların rengini değiştirmek için bu teknolojilerden yararlanılabilir.

Çiftlikler içinde benzer nanoteknolojik sensörler geliştirilmektedir. Hayvanların ne kadar yem yediklerinden, ne kadar verimli olduklarına kadar birçok konuda bilgi verecek olan bu sensörler çiftlik yönetimini kolaylaştıracaktır.

Yakıt Ve Gümüş Hücreleri

Nanoteknoloji sayesinde metanol gibi yakıtlardan daha fazla enerji üretmek ve maliyetleri düşürmek adına bazı yeni tip çalışmalar bulunmaktadır. Sürekli bu çalışmalar daha fazla artırılmakta olup enerji üretimi ile ilgili yeni adımlar atıldığı biliniyor.

Pil Teknolojileri

Nanoteknolojinin en etkin kullanıldığı kategorilerin başında pil teknolojileri geliyor. Pil kapasitesini daha fazla artırmak, güç tüketimini daha dengeli bir hale getirmek adına bazı çalışmalar yapılırken, özellikle bu konuda yapılan çalışmalarda pil gücünün artırılması, pil boyutunun aynı kalması gibi konulara dikkat çekiliyor. Pil kapasitesinin artması her zaman daha büyük boyut anlamına gelmiyor. Nanoteknoloji sayesinde bir pilin boyutu artmadan kapasitesinin daha fazla artırılmasının mümkün olabileceğine dikkat çekiliyor.

Pil üretiminde nanoteknolojinin kullanımı sayesinde faydalı sonuçlar alınmıştır:

  • Pilden elde edilen gücün artırılması ile beraber aynı zamanda pilden daha fazla güç elde ederken dolum süresini daha kısa sürede tutabilmek. Bu konuda yapılan çalışmalar sayesinde bugün cep telefonları sadece 30 dakika içerisinde %50’den daha fazla şarj oluyor ve sonucunda ise daha fazla insan cep telefonlarını daha uzun süre şarjda tutmaktan kurtulmuş olabiliyorlar.
  • Cep telefonları, pilli arabalar ve daha birçok alanda bunun önemi son derece büyük. Özellikle otomobillerin pille çalışmaya başlaması sonucunda tüketiciler daha kısa sürelerde arabalarını şarj ederek daha uzun süre kullanabiliyorlar.

Piller ile ilgili yapılan nanoteknoloji çalışmaları

Purdue Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, nanokin olarak adlandırdıkları antimon ile yapılmış bir elektrot ortaya çıkardılar. Bu sayede araştırmacılara göre lityum pillere oranla daha hızlı şarj elde etmek mümkün hale geldi ve sonucunda bu insanlar için daha az süre priz başına beklemeye eşit olan bir durum.

Chalmers Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, lityum kükürt pillerinde elektrot olarak kullanılan grafen oksit aerojelin kullanıldığını ve bu sayede lityum kükürt pillerin ömrünün çok daha uzun olabileceği gerçeğini ortaya çıkardılar.

Rice Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, lityum metal anotlar üzerindeki dendritlerin büyümesini durdurmak için karbon nanotüp filmleri kullanmaya başladılar. Bu adım, lityum iyon pillere göre çok daha yüksek kapasiteye ve daha hızlı şarja sahip olan lityum metal pillerin geliştirilmesine yardımcı olabilecek bir adım olarak görülüyor. Bu sayede insanların daha yüksek pil ömrüne sahip akıllı telefonlar ve tabletler gibi cihazlara ve bununla birlikte otomobillere sahip olabileceklerinden söz ediliyor. Bu özellikle insanların gelecekte daha az pil sorunları ile karşılaşacakları anlamına geliyor.

North Carolina State Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Li-ion piller için anotlarda silikon kaplı karbon nanotüplerin kullanılabilecek olduğunu açıkladı. Silikon kullanımının Li-ion pillerin kapasitesini 10 kata kadar artırabileceğini, bunun ise pillerin kullanım saatlerinde çok fazla farka sebep olabilecek olduğunu düşünmeye başladılar. Bu sayede cep telefonları ve diğer ürünler bugüne oranla 10 kat daha uzun ekran süresine sahip olabilir ve bu insanlık için çok büyük bir adım.

Özellikle de nanoteknoloji sayesinde pil teknolojilerinin geliştirilmesi jeneratörlere olan ihtiyaçları azaltacaktır. Bugün hastanelerde olası bir küresel enerji kesilmesi sorunu durumunda solunum cihazlarının aküleri-pilleri yeterli olmayacak, buna bağlı olarak milyonlarca insanın ölmesi sorunu gündeme gelebilecek. Tüm bu sorunları engellemek için ise nanoteknolojinin pil konusunda gelişmesi son derece önemli.

Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nda görevli olan araştırmacılar, platin yerine azot katkılı karbon-nanotüplerden yapılmış bir katalizör kullanarak 10 kata kadar daha fazla pil ömrü elde edilebileceğini ortaya çıkardılar.

USC’de görevli olan bazı araştırmalar cep telefonları ve diğer ürünlerde kullanılan pilleri 10 dakika içerisinde 0’dan 100’e şarj edecek olan yeni lityum pil düzenlemeleri üzerinde çalışmalarını sürdürüyorlar.

Delaware Üniversitesi’ndeki görevli olan araştırmacılar, kapasitörlerin enerji yoğunluğunu arttırmak için 3-B yapılandırılmış elektrotlarda karbon nanotüplerin kullanımını denediler, bunun sonucu ile ilgili soru işaretleri ortaya çıksa da bu konuda gelecekte başarı elde edilebilecek olduğuna inanılıyor.

Stanford Üniversitesi’ndeki araştırmacılar silikon nanoteller sayesinde 10 kata kadar daha fazla pil ömrü elde edilebilecek teknolojiler üzerinde çalışmalara başladılar. Bu sayede pillerin silikon gibi olması ve genişleyerek ihtiyaç anında daha fazla pil süresi elde edilebilecek olduğu ve bunun pil kapasitesi ile yakından alakalı olacağına dikkat çektiler.

Rensselaer’daki araştırmacılar, geleneksel Li-ion pillerden yaklaşık 10 kat daha hızlı şarj olabilen lityum-iyon piller için grafen kullandılar. Bu konuda kesin sonuç henüz elde edilemedi ancak gelecekte bu çalışmalarda büyük boyutlu pillerde bile sonuç elde edilmesi bekleniyor.

Görülebileceği üzere nanoteknoloji pil konusunda son derece önemli. Bugün tüm teknolojik cihaz kullananların sorunu cihazlarında yeterli pil ömrü elde edemiyor olmaları ve özellikle pil sürelerinin son derece kısa olması. Apple, Google ve diğer birçok teknoloji üreticisi yeni nesil cihazlarda daha yüksek ekran süresine izin veren yüksek kapasiteli piller üretiyor olsa bile bunlar bugün için artık yeterli gelmiyor.

Kullanıcılar çok daha güçlü olan piller istiyorlar ve bu pillerin cihazların kalın hale gelmemesi, cihazları daha ince tutabilmeye imkan tanıyacak boyutlarda olmasını istiyorlar. Pil kapasitesi bugün günümüzde ne kadar artarsa batarya kapasitesi o kadar arttığı için kullanıcıların bu isteklerine çoğu şirket yanıt veremiyor. Pil ömrünün iyileştirilmesi demek sadece kullanıcılar için değil, aynı zamanda şirketler için de son derece büyük önem taşıyor. Bazı şirketler bu konuda nanoteknoloji sayesinde pil süresini uzatmak ve şarj süresini kısaltmak dışında bu durumun aynı zamanda pilin ömrüne de olumlu etkisinin olmasını istiyor.

Bugün için bir cep telefonun pilini 0’dan 100’e en fazla 500 kez şarj edince pil hasar alıyor ve bunun sonucunda cihazın pilinin şirket tarafından veya kullanıcı tarafından farklı kişilerce değiştirilmesi gerekiyor. Bu hem şirketlere, hem tüketicilere beklenmedik zamanlarda, beklenmedik maliyetler yaratıyor. Bunu engellemek için pil kapasitesini artıran, aynı zamanda pil ömrünü uzatan bu çalışmaların büyük önemi olduğundan söz etmek mümkün.

Ortam Kalitesi Düzenleyiciler

Nanoteknolojinin en fazla etkin kullanıldığı alanlar arasında hava temizliği alanı da ilk sıralarda geliyor. Hava temizleyiciler birkaç farklı filtre sistemi sayesinde çalışıyor. Bu filtre sisteminde özellike partiküller ve diğer toz parçacıklarının geçmesini engelleyen en gelişmiş HEPA filtreler, buna ek olarak kokuyu gidermeye yarayan aktif karbon filtreler kullanılıyor.

Ancak tüm hava temizleyiciler ortamın durumuna göre 3 ay ila 12 ay arasında yeni filtreye ihtiyaç duyuyorlar. Özellikle aktif karbon filtreler çok kısa süre içerisinde ömrünü yitiriyor ve kullanıcılara büyük oranlarda yeni masraflar yaratıyorlar. Bunu engellemek için nanoteknoloji sayesinde bu filtrelerin ömrünü uzatacak bazı çalışmalar yapılıyor.

Dyson, Winix, Electrolux gibi markaların bu konularda özellikle lider oldukları ve yeni adımlar atmak konusunda birbirleri ile rekabet halinde oldukları bilinen bir gerçek. Ancak bu şirketler bile nanoteknoloji ile bugüne kadar %100 başarılı uzun ömürlü filtreler üzerinde çalışmalara devam ediyorlar.

Hava ve ortam temizleyiciler özellikle son yıllarda daha fazla ilgi çeken cihazlar olurken, bu cihazların havayı dışarıdan daha temiz yapması ve sonucunda insan sağlığına çok büyük oranlarda katkı sağlayabiliyor olmaları gibi gerekçeler sebebi ile gelecekte nanoteknoloji bu alanda daha fazla kullanılacaktır.

Sadece ev ve ofis kullanımı için değil, özellikle oteller ve hastaneler için hava kalitesi düzenleyiciler vazgeçilmez cihazlar. Yüksek rezidans binalarda aktif olarak kullanılan hava temizleyici cihazlar hastanelerde de sürekli olarak kullanılıyor. Bu filtrelerin daha küçük yapılabilmesi ve daha fazla güçlü hale getirilmesi hastane ve otellerin maliyetlerini azaltacak, daha yüksek oranlarda performans ve verim elde edilmesinde işe yarayacaktır.

Su Kalitesi

Araştırmacılar su kalitesi konusunda da nano-ince alüminyum oksit levhalar kullanarak suyun metalden ve demirden arındırılması gibi arındırma işlemlerinin daha başarılı sonuçlar verebilecek olduğunu ortaya çıkardılar. Yapılan araştırmalarda özellikle de suyun içerisinde yer alan kimyasal maddelerin günümüzde filtrelenmesinin yeterli olamadığı, nano-ince alüminyum oksit levhalar kullanılarak bu durumun önüne geçilebileceği gösterildi.

Nanopartiküller suyun içerisindeki maddeler ile kimyasal reaksiyona geçerek bunun sonucunda ise suyun daha saf ve daha temiz ve içilebilir-yüzülebilir hale gelmesinde etkili olacak.

Kumaş-Giysi

Kumaş ve giysi alanında nanoteknoloji bugün aktif kullanılıyor. Gore-Tex gibi teknolojiler sayesinde sıcak ve soğuğa daha dayanıklı kumaşlar üretilirken, bunlar giysi haline geldiğinde insanlar için daha tasarruflu olabiliyor.

Özellikle daha küçük ancak daha fazla nefes alabilecek kumaş üretiminde nanoteknolojinin önemi büyük görülüyor. Bu teknolojinin kumaşlarda sadece normal kullanım değil, aynı zamanda koruyucu giysiler konusunda da önemine dikkat çekilmekte.

*Bu içerik Zovovo.com için özel olarak üretilmiştir. Çok çeşitli kaynaklar referans alınmıştır.

Kaynaklar ve ileri okuma:

https://en.wikipedia.org/wiki/Applications_of_nanotechnology

https://www.understandingnano.com/

https://en.wikipedia.org/wiki/Nanomedicine

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Corona Virüsü Nedir – Nasıl Bulaşıyor – Corona Virüs Hakkında Bilmek İsteyeceğiniz Her Şey!

Virüsler Dünyanın Sonunu Getirebilir Mi?

MR Nedir, MR Neden Ses Çıkarır – MR İnsanın Kişiliğini Gösterir Mi?

MR Nedir, MR Neden Ses Çıkarır – MR İnsanın Kişiliğini Gösterir Mi?