Nanoteknoloji Geleceği İnşa Edecek

Nanoteknoloji Geleceği İnşa Edecek

Nanoteknoloji; maddenin atomik, moleküler ve supramoleküler ölçekte manipülasyonudur.

 

Moleküler nanoteknoloji ilk olarak makrölçek (gözle görülür) ürünlerin imalatı için atomların ve moleküllerin kesin bir hassasiyetle manipüle edilmesinin başarılacağıı bir teknolojik hedef olarak belirlenmiştir. ABD Ulusal Nano Girişimi (National Nanotechnology Initiative) tarafından belirlenen daha genel tanım ise "bir boyutu en fazla 1 ila 100 nanometre olan maddenin manipülasyonu” şeklindedir. Bu tanım ve boyutları, kuantum-alemi ölçeğindeki alanda kuantum mekaniğin önemini vurgulamaktadır. Böylelikle, tanım teknolojk bir hedeften, her tür araştırma ve teknolojinin uygulanabildiği bir araştırma kategorisine dönüşmüştür. Bu araştırma kategorisi, maddenin belirlenen bu ölçü dahilindeki tüm davranışlarını kapsamaktadır. Bu yüzden, "nanotekonolojiler” ifadesinin yanı sıra "nanoölçek teknolojiler” ifadesi de sıklıkla karşımıza çıkmaktadır. Gelecekteki askeri ve endüstriyel de dahil olmak üzere uygulamalarının çeşitliliğinin çok fazla olması sebebiyle, birçok ülke yönetimi bu alandaki çalışmalara milyarlarca dolar fon aktarımı yapmıştır. 2012 yılında kadar ABD, Ulusal Nano Girişimi vasıtasıyla 3,7 milyar dolarlık bir kaynak ayırmış, Avrupa Birliği 1,2 milyar ve Japonya 750 milyon dolar yatırım gerçekleştirmiştir.

 

Boyuta göre tanımlanmış olan nanoteknoloji, yüzey bilimi, organik kimya, moleküler biyoloji, yarıiletken fiziği, mikroimalat gibi farklı bilim alanlarına uzanan çok geniş bir alanı kapsamaktadır. Dolayısıyla ilgili araştırma ve uygulama konuları da son derece çeşitlidir, önceki fizik bilgisinin yanı sıra, moleküler düzeyde var olan tamamen yeni yaklaşımları da içermektedir. Böylelikle, madde üretimine nanoölçekten, atomik düzey boyutuna kadar müdahale edilebilmektedir.


 

Tarihçe

Nanoteknoloji bilimsel araştırmalar alanında nispeten yeni bir olgu olmasına rağmen, bu teknolojinin düşünsel kökenleri daha eski dönemlere kadar uzanmaktadır. 1980’li yıllarda nanoteknolojinin ortaya çıkması iki temel buluşa dayanmaktadır, bunlar 1981 yılında taramalı tünelleme mikroskobunun (scanning tunneling microscope) icadı ve 1985 yılında fulleren’lerin keşfidir. Bu buluşların yanı sıra, ünlü Amerikan bilim adamı ve fizikçi Richard Feynman’ın "There’s Plenty of Room at the Bottom” (Altta Daha Çok Yer Var) başlıklı sunumu, daha adı konulmasa da nanotekonoji adına ilk öngürüler olarak kayıtlara geçmiştir. Feyman, 29 Aralık 1959, Caltech’te Amerikan Fizik Derneği toplantısında yaptığı bu sunumda, her bir atomun ve moloekülün manipüle edilebileceği bir sistemin mümkün olduğunu anlatmıştı. Bu sistem, kendisinden daha küçük bir araç sistemini imal ve kontrol edebilecek bir araç sistemi mantığına dayanıyordu. Bu şekilde, basamak basamak istenilen boyuta inebilecek kadar küçük araç seti imal edilebilecekti. Feyman, bu sistem oluşturulurken, bu kadar küçük boyutlarda ölçeklendirmenin fizik fenomeni anlamında farklı sorunlar üreteceğine de işaret etmişti. Bunlar arasında yerçekimin önemini kaybetmesi, ancak yüzey geriliminin ve Van der Waals çekiminin önem kazanması da yer alıyordu.

 

1974’e gelindiğinde ise, Tokyo Bilim Üniversitesi’nde bilim adamı Norio Taniguchi, verdiği bir konferansta nanoteknoloji terimini tarihte kullanan ilk kişi oldu. Taniguchi bu terimi nano metrik ölçülerde kontrol edilen ince film biriktirme ve iyon ışını öğütme gibi yarı iletken süreçleri tanımlamak için kullanmıştı. İfade tam olarak şu şekildeydi "Nano teknoloji, esas olarak bir atomun ya da bir molekülün ayrılmasını, konsolidasyonunu ve malzeme deformasyonunu içeren bir prosestir.” Ancak, daha önceden kullanıldığından haberi olmayan Eric Drexler’in 1981 yılındaki çalışmasına kadar bu terim gözlerden uzak kalmıştı. Bireysel atomların ve moleküllerin yer değiştirilmesi konusunda derinlemesine araştırmalar yapan Eric Drexler kavramsal konuşmaları ve iki kitabı vasıtasıyla nano ölçekli olayların ve cihazların teknolojik önemini geniş kitlelere duyurmuştur. Drexler, 1981 yılında basılmış olan "Moleküler Mühendislik, Moleküler manipülasyon için genel yeteneklerinin geliştirilmesi için bir yaklaşım” başlıklı tezini hazırlarken, Feynman’ın daha önceden bahsettiğimiz 1959 yılındaki sunumuyla karşılaşmıştı. Araştırmalarını yoğunlaştıran Drexler, hem bu çalışmasında, hem de 1986 yılında yazdığı "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology” (Yaratımın Araçları: Nanoteknoloji Dö neminin Gelişi) isimli kitabında da, Taniguchi’den bağımsız olarak "nanoteknoloji” terimini kullanmıştı. Bu kitapta, nano ölçekte bir assembler (derleyici, birleştirici) kendisini ve farklı karmaşık öğeleri kopyalayarak imal edebiliyordu. Drexler ayrıca "grey goo” (gri çamur) adını verdiği felaket senaryosonu de ilk kez bu kitabında açıklamıştı. Grey goo, bir operatörden bağımsız olarak kendi kendine çalışan ve kendini hiç durmadan kopyalayan bir makinenin imal edilmesi ve devreye alınmasının sonuçlarını anlatmaktaydı.

 

Uygulama Alanı Çok Geniş

Nanotekonoji, sanayinin birçok alanında çok önemli yeni teknolojiler vaat ediyor. Kaplama ve boya endüstrilerinden şu an için verebileceğimiz en iyi örnek şüphesiz ‘süper hidrofobisite’dir. Süperhidrofobik yüzeylere duyulan yoğun ilginin ana nedenleri bu yüzeylerin kendini temizleyebilme, yosun oluşumunu engelleme, paslanmazlık ve buz tutmama özellikleri olarak sıralanabilir. Nanoteknoloji kullanılarak geliştirilen bu teknoloji sayesinde, sıvıların büyük bölümü geri itilir ve leke oluşması engellenir. Yüzeye gelen sıvılar ise basit bir şekilde kuru bir bez ile silme yoluyla çıkartılır. Birçok farklı alanda kullanılan bu olgu, önemli bir otomobil üreticisi tarafından da test ediliyor. Bu teknoloji son derece başarılı sonuçlar almayı başarmış durumda. Elbette, nanoteknoloji henüz oldukça genç bir araştırma alanı, ancak potasiyelinin neredeyse sınırsız olduğunu söylemek mümkün. Nanoteknoloji tıp, elektronik, biomateryaller, enerji üretimi ve tüketici ürünleri gibi uygulamalarda çığır açacak yeni teknolojilerinin geliştirilmesine imkan verecektir. Bu alanda yapılan araştırmaların artacağına ve geleceğe yön vereceğine kesin gözüyle bakabiliriz. Ancak her bilimsel gelişmede olduğu gibi, nanoteknolojide de, özellikle toksisite ve nanomateryallerin çevresel etkisi hakkında endişeler söz konusu. Bu nedenle bu teknolojideki yeni gelişmelerin, bağımsız bilimsel kuruluşlar tarafından yakın takibe alınması ve kamusal sınırlamaların getirilmesi hem ekolojik denge, hem de insan sağlığı için gerekli olacaktır.