NANOTEKNOLOJİ

Prof. Dr. Salim Çıracı

MALZEME BİLİMİ ve NANOTEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜBİLKENT ÜNİVERSİTESİ

Ülkelerin gücü17. – 18. yüzyıl: Bilimsel gelişme Teknoloji Teknolojiyi kullanan ülkeler güçlendi ve ön plana çıktılar

ÜRETİM TEKNOLOJİLERİÜRETİM TEKNOLOJİLERİ

Makroskopik teknolojiler (tarım, Makroskopik teknolojiler (tarım, metalurji, gemi inşat, makina imalat, metalurji, gemi inşat, makina imalat, otomotiv.. tekstil) otomotiv.. tekstil) katma değer=1katma değer=1

Mikroteknolojiler (mikroelektronik, Mikroteknolojiler (mikroelektronik, bilgisayar..) bilgisayar..) katma değer=100katma değer=100

Nanoteknoloji Nanoteknoloji katma değer=10.000katma değer=10.000

Türkiye her yıl 15 gram DNA bazlı kimyasal ilaç ithal etmek için 400 Milyon Dolar ödüyor.

1970 li yıllardan sonra bilimsel araştırmalar 1970 li yıllardan sonra bilimsel araştırmalar moleküllere ve molekül yüzey etkileşmelerine yöneldi.moleküllere ve molekül yüzey etkileşmelerine yöneldi.

Çeşitli geliştirilmiş deneysel teknikler özellikle STM ve Çeşitli geliştirilmiş deneysel teknikler özellikle STM ve AFM sayesinde bu etkileşmeler gözlemlenebildi. AFM sayesinde bu etkileşmeler gözlemlenebildi. Kuantum mekaniği sayesinde atom-molekül-yüzey Kuantum mekaniği sayesinde atom-molekül-yüzey etkilerini daha iyi anlıyabildik. etkilerini daha iyi anlıyabildik.

20. yüzyılın sonlarına doğru bilim nanoölçekli 20. yüzyılın sonlarına doğru bilim nanoölçekli malzemeleri, hatta atomu manipüle etme, bunları malzemeleri, hatta atomu manipüle etme, bunları fonksiyonel hale getirebilme yeteneği kazandı. fonksiyonel hale getirebilme yeteneği kazandı. Nanomalzemeler bilimsel araştırmaların ve teknolojinin Nanomalzemeler bilimsel araştırmaların ve teknolojinin gündemine girdi.gündemine girdi.

Nanoteknoloji nanometre ölçütlerinde gerçekleitirilen Nanoteknoloji nanometre ölçütlerinde gerçekleitirilen bilim-teknoloji-üretimbilim-teknoloji-üretim

1 Nanometre = 1 /1.000.000.000 metre1 Nanometre = 1 /1.000.000.000 metre

NANOTEKNOLOJİNANOTEKNOLOJİ Boyutları 10-100 nm’ye inince maddenin Boyutları 10-100 nm’ye inince maddenin

enerjisi, iletkenliği geometri ve büyüklüğe enerjisi, iletkenliği geometri ve büyüklüğe bağlı olarak değişmekte, malzemeler bağlı olarak değişmekte, malzemeler olağanüstü özellikler kazanmakta. olağanüstü özellikler kazanmakta. Örneğin bildiğimiz aluminyum nano Örneğin bildiğimiz aluminyum nano ölçeklere inince patlayıcı özellikler ölçeklere inince patlayıcı özellikler kazanmakta.kazanmakta.

NANOTEKNOLOJi nanomalzemelerin NANOTEKNOLOJi nanomalzemelerin olağanüstü özelliklerini kullanarak 21. olağanüstü özelliklerini kullanarak 21. yüzyılın katma değeri yüksek ürün yüzyılın katma değeri yüksek ürün taleplerini karşılamayı amaçlamaktadır. taleplerini karşılamayı amaçlamaktadır.

Malzemeler nanometre boyutlarında farklı Malzemeler nanometre boyutlarında farklı davranırlar, olağanüstü özellikler sergilerlerdavranırlar, olağanüstü özellikler sergilerler

Altın Altın

GrafitGrafit

nanometre boyutlarında son derecede aktif ve kırmızı renkte

grafen

Karbon nanotüp ve fuleren

Karbon atom zinciri

NANOSİSTEMLERİN SİSTEMİKarbon atom zincirleri

ABD’de Ekonomistler Başkan Clinton’ın Nanoteknolojiyi öncelikli alan ilan etmesini sağladılar. Bu sayede Nanoteknoloji ABD’de önemli teşvikler aldı. ABD’de 2001-ABD’de 2001-2007 arası herbirinin maliyeti 100 milyon dolar olan 46 2007 arası herbirinin maliyeti 100 milyon dolar olan 46 Nanoteknoloji Araştırma merkezi açıldı. 2007 de ABD’de Nanoteknoloji Araştırma merkezi açıldı. 2007 de ABD’de 1600 patent alındı.1600 patent alındı.

Putin, Rusya’da nanoteknolojide 7 milyar dolar yatırım Putin, Rusya’da nanoteknolojide 7 milyar dolar yatırım bütçesini onayladıbütçesini onayladı

İsrail’de Simon Perez Nanoteknoloji girişimine önderlik etti, İsrail’de Simon Perez Nanoteknoloji girişimine önderlik etti, nanoteknoloji araştırmalarına 5 yıl için 230 Milyon dolar nanoteknoloji araştırmalarına 5 yıl için 230 Milyon dolar ayırdı.ayırdı.

İran Nanoteknolojide Türkiye’den önde bulunmakta.İran Nanoteknolojide Türkiye’den önde bulunmakta. Kore, 2001 yılında Nanoteknoloji teşvik yasası çıkardı, Kore, 2001 yılında Nanoteknoloji teşvik yasası çıkardı,

2006-2015 yılları arası 4 Milyar Dolar kaynak tahsis etti.2006-2015 yılları arası 4 Milyar Dolar kaynak tahsis etti.

PAZARPAZAR 2004 yılında nanoteknoloji ürünlerinin 2004 yılında nanoteknoloji ürünlerinin

pazar payı 13 milyar dolara erişti. Bu pazar payı 13 milyar dolara erişti. Bu global üretimin % 0.1 den daha küçüktür.global üretimin % 0.1 den daha küçüktür.

2015 yılında nanoteknoloji ürünlerinin 3.1 2015 yılında nanoteknoloji ürünlerinin 3.1 trilyon dolarlık pazar payının küresel trilyon dolarlık pazar payının küresel üretimin %18 ni oluşturacağı üretimin %18 ni oluşturacağı beklenmektedir.beklenmektedir.

Niçin nanoteknoloji?Niçin nanoteknoloji? Dünyada bir yılda on milyarkere milyar bit bilgiDünyada bir yılda on milyarkere milyar bit bilgi

üretilmektedir. Bu kadar bilgiyi nanoteknoloji üretilmektedir. Bu kadar bilgiyi nanoteknoloji kullanılarak bir santimetre küp hacimde kullanılarak bir santimetre küp hacimde depolamak mümkün olacaktır.depolamak mümkün olacaktır.

Daha fonksiyonelDaha fonksiyonel Daha hızlıDaha hızlı Daha az yer kaplarDaha az yer kaplar Daha az enerji sarfederDaha az enerji sarfeder Daha mukavemetliDaha mukavemetli Daha ucuzDaha ucuz Olağanüstü yeni özelliklerOlağanüstü yeni özellikler

AMAÇ: NANOTEKNOLOJİ TABANLI AKILLI ELBİSELERİN ARAŞTIRILMASI VE GELİŞTİRİLMESİ

YYILIL 2020 2020

YYILIL 2005 2005

Toplam yük: 45 kg

ABD: MIT ASKERİ NANOTEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ (ISN)ABD: MIT ASKERİ NANOTEKNOLOJİ ENSTİTÜSÜ (ISN)

NANOBİYOTEKNOLOJİ: KANSER TEDAVİSİNDE YENİ YÖNTEMLER

DNA molekülünün genişliğinin yarısı kadar olan nanotüplerin kullanıldığı bir yöntemde, nanotüpler kanserli dokulara kontrollü bir şekilde transfer edilmiştir. Normal hücrelerden rahatça geçebilen kızıl-ötesi ışık, kanserli doku içerisindeki nanotüpler tarafından soğurulmaktadır ve bir kaç dakika içerisinde kanserli dokular dağlanmaktadır.

Nanoparçacıklar içerisine yerleştirilen kemoterapi ajanları, tümörleri hem zehirleyerek hem de kan girişini engelleyerek öldürmektedir. Fareler üzerinde yapılan deneylerde, bu yöntemle tedavi edilenler diğer yöntemlerle tedavi edilenlere göre en az iki kat daha uzun süre yaşadıkları gözlemlenmiştir.

MİNYATÜRİZASYONMİNYATÜRİZASYON

Mini gaz sensörleri

Sürtünmesiz yüzeyler

HİDROJEN EKONOMSİ:HİDROJEN EKONOMSİ:Ti kaplanmış karbon nanotüplerde Ti kaplanmış karbon nanotüplerde yüksek verimli hidrojen depolamayüksek verimli hidrojen depolama

Etilen-Ti komplekslerinde hidrojen depolama:%14.4

Zig

zag

Gra

fin

Şer

it

Spin UP Spin Down Spin UP Spin DownSpin durumlarının tutsaklanmasıM. Topsakal, H. Sevinçli, S. Çıracı

AKTİF NANOMALZEMELER

NANOMALZEMELER: NANOMALZEMELER: SU VE KİR TUTMAYAN YÜZEYLERSU VE KİR TUTMAYAN YÜZEYLER

Yosun ve deniz hayvanlarının tutunamadığı boyalar ve yüzeyler

Audi Allroad Quattro 2006

Ön cam ve yan aynalar için, suyu ve kiri iten çok ince bir filmler

Amaç: Litografi veya self-assembly yöntemlerini kullanmadan nanometre boyutundaki yapıları kilometrelerce uzunlukta elde etmek. Elde edilen minimum boyut < 30 nm

YENİ BİRYENİ BİR FABRİKASYON TEKNİĞİFABRİKASYON TEKNİĞİ

NANONANOAYGITLARAYGITLAR: ÇOK HASSAS SENSÖRLER : ÇOK HASSAS SENSÖRLER

Tek-molekül algılayabilen sensörler Manyetik alan ölçümü (pikoTesla civarında hassasiyet) Fotonik kristal lazerler

1~2 mikron

Nano-osilatör yardımı ile biyolojik/kimyasal algılayıcı

Sanayi devrimlerinin Türkiye’ye Sanayi devrimlerinin Türkiye’ye yansımalarıyansımaları

Teknoloji transferi yapılarak sanayileşmeTeknoloji transferi yapılarak sanayileşme

1970 de Türkiye ve Kore karşılaştırılması1970 de Türkiye ve Kore karşılaştırılması Bilimsel ve teknolojik arBilimsel ve teknolojik araaştırmaya dayalı ştırmaya dayalı

teknoloji geliştirme teknoloji geliştirme ABD, ABD, Japonya, Japonya, AB, İsrail, AB, İsrail, Kore, Çin.......Kore, Çin.......

Araştırmaya dayalı teknoloji Araştırmaya dayalı teknoloji yaratamadığımızdan bazı sanayi ürünlerimiz yaratamadığımızdan bazı sanayi ürünlerimiz pazarlarda zorluklarla karşılaşıyorpazarlarda zorluklarla karşılaşıyor

Rand Corporation ülkeleri nanoteknoloji patansiyellerine göre dört gruba ayırdı. Birinci grubda ABD, Rand Corporation ülkeleri nanoteknoloji patansiyellerine göre dört gruba ayırdı. Birinci grubda ABD,

Almanya, Japonya, İngiltere, Kore, İsrail bulunuyor. Türkiye üçüncü grubda yer alıyor.Almanya, Japonya, İngiltere, Kore, İsrail bulunuyor. Türkiye üçüncü grubda yer alıyor.

KARŞILAŞTIRMA: Türkiyeinin Bilim ve Teknolojideki yeri

1996-2005 (10 yıl) arasında uluslararası dergilerinde yayınlanan makalelerin tümü

Stanford Üniversitesi, Türkiyeden yaklaşık 50 kattan daha fazla etkili araştırma yapıyor.

h-indeks: Bir araştırmanın uluslararası çevrede ne kadar etkili olduğunu gösteren değer

UNAMUNAM:: ULUSAL NANOTEKNOLOJİ ARAŞTIRMA MERKEZİ

Laboratuvar sayısı: 62Toplam laboratuvar ve ofis alanı: 9000 m2

Araştırmacı sayısı: Doktoralı 100, öğrenci 300Toplam yatırım (bina): 20 Million $Toplam yatırım (cihaz): 100 Million $ ( 3-4 yıl)

VİZYONVİZYON

Üniversitelerden, kamu ve özel Üniversitelerden, kamu ve özel sektörden, kobilerden uzmanların sektörden, kobilerden uzmanların günde 24 saat araştırma günde 24 saat araştırma yapabilecekleri eksiksiz ve gelişmiş yapabilecekleri eksiksiz ve gelişmiş bir alt yapıyı hazırlamak, ihtiyaç bir alt yapıyı hazırlamak, ihtiyaç duyulan know-how sağlamak.duyulan know-how sağlamak.

Yurt dışında yerleşmiş bilim Yurt dışında yerleşmiş bilim adamlarımızın ülkelerine teknoloji adamlarımızın ülkelerine teknoloji transfer edecekleri bir platform transfer edecekleri bir platform oluşturmak.oluşturmak.

UNAM’ın ÇALIŞMA ŞEKLİUNAM’ın ÇALIŞMA ŞEKLİ

Çalışma prensibi çok disiplinli ulusal Çalışma prensibi çok disiplinli ulusal işbirliği.işbirliği.

Araştırma altyapısı, bilgi ve uzmanlığın Araştırma altyapısı, bilgi ve uzmanlığın paylaşımı.paylaşımı.

UNAM uzmanlarıUNAM UZMANLARI

KULLANICILAR

GRAD ÖĞRENCİLER

Altyapı Teknoloji

SEM, TEM, FIB, E-BEAMSEM, TEM, FIB, E-BEAM

SON 6 AY İÇİNDE YAPILANSON 6 AY İÇİNDE YAPILANÇALIŞMALARÇALIŞMALAR

Hidrojen depolamada rekor %14 wpt.Hidrojen depolamada rekor %14 wpt. Silicene: İzafiyet kuramı prensiplerine göre Silicene: İzafiyet kuramı prensiplerine göre

çalışacak olan yeni bir nanomalzeme.çalışacak olan yeni bir nanomalzeme. Kabon atom sicimi.Kabon atom sicimi. Sürtünmesiz hareket için yeni bir malzeme. Sürtünmesiz hareket için yeni bir malzeme. PV bazlı güneş pillerinin verimini 4 kat artıran PV bazlı güneş pillerinin verimini 4 kat artıran

konsantratör.konsantratör. CD ve DVD lerde kırılmayan şifreleme yöntemi.CD ve DVD lerde kırılmayan şifreleme yöntemi. Ameliyatlarda kullanılacak kızılötesi lazer Ameliyatlarda kullanılacak kızılötesi lazer

ışınlarını istenilen yere taşıyan fiber.ışınlarını istenilen yere taşıyan fiber.

BAZI PROJELERİMİZBAZI PROJELERİMİZ

Kullanılmayan bomba ve kansorejen Kullanılmayan bomba ve kansorejen TNT’nin gübreye dönüştürülmesiTNT’nin gübreye dönüştürülmesi

Güneydoğu Anadolu sulama sisteminin Güneydoğu Anadolu sulama sisteminin tıkayan zebra midyelerinden arındırılması.tıkayan zebra midyelerinden arındırılması.

Balık çiftliklerinin çevreye verdiği zararın Balık çiftliklerinin çevreye verdiği zararın giderilmesi.giderilmesi.

Yaraların çok çabuk iyileşmesini sağlayan Yaraların çok çabuk iyileşmesini sağlayan sargı bezleri.sargı bezleri.

SONUÇSONUÇ

Nanoteknoloji ülkeler arasında bir Nanoteknoloji ülkeler arasında bir teknoloji ve pazar yarışına dönüşmüştür.teknoloji ve pazar yarışına dönüşmüştür.

Nanoteknoloji ürünlerinin yüksek katma Nanoteknoloji ürünlerinin yüksek katma değere sahip olmaları gelişmekte olan değere sahip olmaları gelişmekte olan ülkeler aleyhine dış ticarette dengeleri ülkeler aleyhine dış ticarette dengeleri bozacaktır.bozacaktır.

Türkiye’de nanoteknoloji konusu bir Türkiye’de nanoteknoloji konusu bir devlet politikası olmalıdır.devlet politikası olmalıdır.