Nanomalzemeler

Bundan 20-25 yıl önce uzaya asansörle çıkılabileceği iddia edilse, bu iddia acaba insanlara ne kadar inandırıcı gelirdi? Yakın bir geçmişe kadar komik karşılanan ve ancak bilim kurgu romanlarına konu olabilecek bu fikir, günümüzde NASA tarafından üzerinde araştırma yapılıp proje üretilen bir konu olmuştur Bu konunun yakın zamana kadar imkânsız görülmesinin sebebi, böyle bir asansör inşasında kullanılacak kablo için yeterince dayanıklı ve bir o kadar da hafif malzeme bulunamamasıydı Bugün ise uzmanlara göre, hem hafif hem de çok yüksek mukavemete sahip karbon nanotüplerden oluşturulacak nanomalzemeler, uzay asansörünün îmâli için kilit malzeme durumundadır


Kir tutmayan boya, kirlenmeyen çorap, kurşun geçirmeyen kumaş, mikrosensör gibi her geçen gün yenileri keşfedilen ürünlerin yapıtaşı olan nanomalzemeler, son yılların en dikkat çeken konularındandır Tabiî nanoyapılara; kaolinit, montmorillonit türü kil mineralleri ile insan vücudunun inşa ve işletilmesinde kullanılan nanometre ölçeğindeki biyomoleküller örnek verilebilir


Klâsik malzeme davranışı kanunları yerine, atom fiziği kanunlarını sergileyen nanomalzemeler; metal, seramik, polimer veya kompozit türde olabilir Dünyada ticarî nanomalzemelerin en yaygın çeşidi olan nanokompozitlere olan talep, yılda binlerce tona ulaşmış ve her geçen gün hızla artmaktadır


Nanomalzemelerin hususiyetleri

Kullanıldığı ana malzemenin yüzeyine veya buraya yakın kısımlara dağıtılabilmesi, nanomalzemeyi normal malzemeden farklı kılan hususiyetlerden biridir Böylelikle ana malzeme, elektronik, manyetik, optik ve reaktivite bakımından son derece farklı hususiyetler kazanır Nanomalzemelerin yapısına az miktarda başka elementler eklenerek, dayanıklılıkta % 100’e varan bir artış elde edilebilir Malzemelerin yüzeylerine kaplanan ve çoğu defa pürüzsüzlüğü sağlayan nanopartiküller, su ve nem bakımından izolasyonu artırmada, ayrıca kirlenmeyi önlemede kullanılır Bazı nanomalzemelere silikat parçacıklar eklendiğinde, bu malzemeler normal şartlardakinden 100 oC daha yüksek sıcaklıkta kullanılabilmektedir Güvenlik açısından malzeme seçiminin mühim olduğu uzay araçlarının ve uçakların yapımında, çok hafif, sert ve dayanıklı malzemeler gerekmektedir Nanokompozitlere verilen dayanıklı yapı ile sıcaklığa mukavemet hususiyeti, bu maddelerin uzay araçları, uçak ve elektronikte yaygın olarak tercih edilmelerini mümkün kılmıştır Aynı zamanda, polimer tabanlı nanokompozit gibi bazı nanomalzemelerin işlenmesinin kolay olması, bu malzemelerin kullanımını yaygınlaştırmıştır Meselâ bu malzemeler, otomotiv endüstrisinde büyük ölçekli üretim uygulamalarına kolaylıkla uyumlu hâle getirilerek kullanılmaktadır


Karbon nanotüpler

En dikkat çekici nanomalzemelerden biri olan karbon nanotüpler, yapısına girdiği malzemelere son derece ilginç hususiyetler kazandırmaya vesile olduğundan, nanoteknolojide başlıca araştırma alanlarından birini teşkil etmektedir Karbon nanotüpleri, karbon nanoparçacıklarının değişik şekillerde dizilmesiyle teşkil edilen bir veya iki duvarlı, açık veya kapalı uçlu, düz veya spiral şekildeki yapılardır Karbon nanotüplerine; yalıtkanlık, yarı iletkenlik veya süper iletkenlik gibi çok değişik elektronik hususiyetler ile sertlik, elâstiklik veya dayanıklılık açısından farklı davranış şekilleri verilmiştir Karbon nanotüplerinin 2800 oC’de bile kararlı yapısının devam ettiği, elektrik iletkenliği hususiyetinin korunduğu ve bu şartlarda bakır tellerden bin kat daha iletken olduğu tespit edilmiştir Karbon nanotüpler yüzey/hacim nispetlerinin çok düşük olması sebebiyle de, hidrojen depolanmasında kullanılabilecek ideal malzemelerdir


Karbon nanotüpleri, elektronik açıdan da üstün hususiyetlerle donatılmıştır Elektronik araçların güçlerinin artırılıp boyutlarının küçültülmesiyle ortaya çıkan ısınma ve kırılma gibi problemler, nanomalzemeler kullanılarak giderilmeye çalışılmaktadır


Tabiatta nanomalzemeler

Tabiatta canlıların hizmetine sunulmuş tabiî nanomalzemeler çok eski zamanlardan beri insanlar tarafından kullanılagelmiştir Meselâ tabiî nanomalzemelerden olan kil minerali, günümüzde hem teknoloji sahasında hem de çevreyle alâkalı uygulamalarda kullanılmaktadır Parçacıklı bir yapıya sahip kılınmış olan killere, harikulade yüzey hususiyetleri verilmiştir Dünyada sınırlı miktarda bulunan kalsiyum montmorillonit kili, 1800’lü yıllardan beri birçok hastalığın tedavisinde kullanılmaktadır Hayvanların da yiyerek veya içinde yuvarlanarak bu kilden faydalandığı tespit edilmiştir Yüzeye çekme ve emme (adsorb ve absorb) hususiyetleri sebebiyle, vücudu toksik maddelerden arındırma özelliği verilen bu kil, canlı çamur olarak da adlandırılmaktadır Kalsiyum montmorillonit kilinin zehirden arındırma hususiyeti dışında; bağırsak problemleri, açık yara, ağrı, kolit (kalın bağırsak iltihabı), ishal, hemoroit, ülser, sivilce, kansızlık gibi birçok rahatsızlığın tedavisinde kullanıldığı bilinmektedir


Nanoparçacıklar, çok önceleri seramik îmâlâtında boya maddesi olarak kullanılmıştır 19 yüzyılda, çok küçük parçacıklardan müteşekkil (kolloidal) altın; romatizma ve kireçlenme gibi hastalıklar ile bütün kötülüklerin anası olan alkol bağımlılığının tedavisinde kullanılmıştır Eski devirlerde süsleme sanatında, nanomalzemelerle cama farklı renkler ve optik hususiyetler kazandırılmıştır Yüzlerce yıl önce uygulanan bu tekniklerin mahiyeti günümüzde dahi tam mânâsıyla çözülememiştir


Sun’î nanomalzemelerin çevre ve insan sağlığı açısından menfî tesirleri konusunda henüz yeterince araştırma yapılmamıştır; ancak bilim adamları bu hususta bazı endişeler taşımaktadır Buna karşılık, tabiî nanomalzemelerin kullanılması sağlık açısından bir tehlike arz etmemektedir Meselâ, nanomalzemelerden montmorillonitin de içinde bulunduğu kil minerali sınıfı olan smektitlerin, insan sağlığı açısından en ufak bir tehdit oluşturmadığı gösterilmiştir


Vücudumuzdaki nanoyapılar

Canlı organizmalar incelendiğinde, karşımıza mükemmel yaratılmış sayısız nano ölçekli yapı çıkmaktadır Meselâ, yaklaşık 210 farklı çeşitte yaratılmış 100 trilyon hücreden müteşekkil insan vücudundaki bir hücrenin zar kalınlığı 8 nm’dir Bunun yanı sıra, genetik şifrelerin saklandığı DNA’nın çift sarmal yapısının çapı da 2 nm’dir Vücudumuzun protein sentezleme santrali vazifesini yerine getiren ribozomun çapı 12-20 nm, proteinlerin yapıtaşları olan aminoasitlerin boyları ise 0,8-1,1 nm’dir Protein sentezinde şifre taşıyıcılığı görevi yapan mRNA’nın çapı 1,5 nm, hücrelerimizde enerji santrali vazifesi verilen mitokondriler ise 0,2-5 mikrondur (1 mikron=1 μm=1000 nm) Günümüz teknolojisi ile üretilen makinelerin büyüklüğü, vücudumuzdaki nanoyapıların boyutlarına indirilemediği gibi, hiçbiri de, onlar kadar verimli çalışmamaktadır Kusursuz işletilen bu muhteşem sistemdeki nakışlar, mükemmel bir sanatın tercümanı gibidir Bir insan saçının, nano ölçekteki bir parçacıktan yüz bin kat daha büyük olduğu düşünülürse, bu ölçekteki yapılar içinde üretim, onarım, ayrıştırma, taşıma gibi çok hayatî fizikî, kimyevî ve biyolojik hâdiselerin yönetilip devam ettirilmesi, ancak kudreti sonsuz Yaratıcı’nın tasarrufuna verilebilir İnsan vücudunda dolaştırılarak nanoyapıların görüntülerini kaydeden kameraları gördüğünde hayretler içinde kalan insanoğlu, acaba bu mükemmel yapıların Sahibi’nin kudretini ne derece idrak edebilmektedir?


Makinelerin hacimleri küçüldükçe fonksiyonları azalır Beşerin icat ettiği sistemlerde küçülmeyle ortaya çıkan sürtünme, sıcaklık artışı, dayanıklılıkta azalma gibi birçok probleme karşılık, insan vücudunda ve tabiatta küçüldükçe daha muhteşem hâle gelen nanosistemler problemsiz bir şekilde çalıştırılmaktadır


Netice itibariyle, bir pirincin sınırlı alanına süslü hatla yazı yazmak, düz bir sayfaya düz yazı yazmaktan daha zordur Bunun gibi, nanosistemlerde muhteşem sanatlarını sergileyen Sonsuz İlim ve Kudret Sahibi’nin mührünü kâinatta görmemek insafsızlık olmaz mı?


Kaynaklar

- Hickman, K, Nanomaterials: It’s a Small, Small World, Nanomaterials: It's a Small, Small World

- http://wwwmmoorgtr/muhendismakinacilik_uzayhtm

- Yeni Ufuklara, Bilim ve Teknik Dergisi, Ağustos 2005 sayısı eki

- Ustaoğlu, H A, Killerin Yapısı ve Faydaları, Sızıntı, Haziran 2007

- http://wwwuachsavsk/web/dokumenty050505_ENGpdf

- Sarsılmaz, A, İnsan Denen Meçhul, Sızıntı, Mart 2007
Sızıntı Dergisi | Nanomalzemeler