Nanoteknoloji, maddenin nanometre ölçeğinde (1 nanometre = 10^-9 metre) kontrolü, tasarımı ve uygulamasını inceleyen çok disiplinli bir bilim ve mühendislik alanıdır. Bu ölçek öylesine küçüktür ki, insan saç telinin kalınlığı yaklaşık 80.000-100.000 nanometredir. Nanometre ölçeğinde çalışırken malzemeler; elektronik, optik, manyetik ve kimyasal özelliklerini, makro ölçekteki aynı maddelerden oldukça farklı gösterebilir. Bu farklılıklar da yeni teknolojik gelişmelerin, cihazların ve malzemelerin önünü açar.
Nanobilim
Nanobilim, maddeleri çok küçük (nano) boyutlarda inceleyen bir bilim dalıdır. Özellikle 29 Aralık 1959’da fizikçi Richard Feynman’ın Amerikan Fizik Derneği’ndeki “Altta Çok Yer Var” başlıklı ünlü konuşmasıyla beraber, bilim insanlarının atom ve molekülleri yönlendirebileceği fikri gündeme gelmiştir. Böylece nanobilimin temelleri atılmıştır.
“Nano” boyut, genellikle 1 metrenin milyarda birine (1 nm = ) denk gelir. Bu kadar küçük boyutlu yapıları çıplak gözle görmek imkânsızdır. Ancak 1981 yılında geliştirilen taramalı tünelleme mikroskobu (Scanning Tunneling Microscope), atomları tek tek görebilmemizi sağlamıştır. Bu gelişme nanobilimin başlangıcı olarak kabul edilir.
Nanobilim alanındaki çalışmalar, nanoölçekteki maddelerin fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerini anlamaya odaklanır. Elde edilen bilgilerin teknolojik uygulamalara aktarılması ise nanoteknoloji olarak adlandırılır. Örneğin bir “gekonun ayağı” (kertenkele türü), nano boyuttaki özel yapılar sayesinde pürüzsüz dik yüzeylere tutunabilir. Bu gibi doğadaki örnekler, nanoteknolojinin ilham kaynaklarından biridir.
Nanomalzemeler
Nanoteknoloji kullanılarak üretilen malzemelere nanomalzeme denir. Normal boyuttaki bir maddeye göre, nanoboyuta inildiğinde optik, mekanik, elektriksel ve hatta renk gibi pek çok özelliğin değişebildiği görülür. Bunun nedeni, makro boyutta sürekli olan özelliklerin, nanoboyutta farklı biçimde ortaya çıkmasıdır.
Örneğin bakır, büyük boyutlarda opak (saydam olmayan) bir metalken, nanoboyutta şeffaf bir özelliğe sahip olabilir. Altın da makro boyutta pasif duran sarı renkli bir metal iken, nanoboyuta inince aktif reaksiyona girebilen ve kırmızı renk gösterebilen bir maddeye dönüşebilir. Tüm bu değişimler, maddenin yüzey alanı-hacim oranının artması ve kuantum etkileri gibi çeşitli sebeplerle açıklanır.
Nanomalzemelerin en bilinen örneklerinden biri de karbon nanotüplerdir. Karbon nanotüpler, silindir şeklindeki yapıları sayesinde dayanıklı, hafif ve çok yönlü özellikler sunarlar. Aşağıda örnek bir karbon nanotüp görünümü yer almaktadır:
Nanomalzemelerin Kullanım Alanları
Nanomalzemeler günümüzde birçok alanda kullanılarak hayatımızın ayrılmaz bir parçası hâline gelmiştir. Enerjiden zamana, verimlilikten maliyete kadar pek çok avantaj sağladıkları için tercih edilirler.
- Elektronik ve Bilişim: Daha küçük ve hızlı işlemciler, yüksek depolama kapasitesine sahip hafıza üniteleri.
- Havacılık ve Uzay: Hafif ve dayanıklı malzemeler, yakıt tasarrufu ve yüksek mukavemet.
- Tıp: Yapay organların üretimi, hedefe yönelik ilaç taşıma sistemleri ve doku mühendisliği.
- Tekstil ve Boya: Leke tutmayan, silinebilir ve hatta kendini temizleyen boyalar; yanmaz veya ütü gerektirmeyen kumaşlar.
- Savunma ve Enerji: Kurşun geçirmez zırhlar, yüksek kapasiteli piller, güneş enerjisi panelleri.
Tıp alanında özellikle hedeflendirilmiş ilaç taşıma ve yapay organ gibi çalışmalar, nanomalzemelerin yararlandığı önemli örneklerdir. İlaçların yalnızca hastalıklı dokuya etki etmesi veya belirli bir organa yönlendirilmesi, yan etkileri azaltarak tedavi kalitesini yükseltir.
Nanoteknoloji, hâlâ hızla gelişen bir teknoloji dalıdır ve her geçen gün yeni uygulamalarla kullanım alanı daha da genişlemektedir.
