NANOTEKNOLOJİ VE NANO KARBON YAPILAR

Tüm saatler GMT +3 Saat


Full versiyon Görüntüle

YAZAR: lurhascan
Tarih: 4/8/2017, 23:10



NANOTEKNOLOJİ VE NANO KARBON YAPILAR

[Linki görmek için üye olmanız gerekmektedir]

BÖLÜM I
1. GİRİŞ 1
1.1. 21.YÜZYILDA YENİ BİR SANAYİ DEVRİMİ: NANOTEKNOLOJİ 1
1.2. NANOTEKNOLOJİNİN DOĞUŞU 3
1.3 NANOTEKNOLOJİ NEDİR? 6
1.4 NANO TEKNOLOJİNİN AMAÇLARI 9
1.5 NANO TEKNOLOJİ BİLİMİ 9
1.5.1. Top-Down Yaklaşımı: 9
1.5. 2. Bottom-up Yaklaşımı: 9

BÖLÜM II
2. KARBON NANO YAPILAR 11
2.1. ATOM ZİNCİRLERİ 13
2.2.KARBON NANOTÜPLER 16
2.2.1 Karbon Nanotüplerin Tarihi Gelişimi : 16
2.2.2.Karbon Nanotüplerin Yapısı : 20
2.2.2.1.-Yapı Tipleri : 20
2.2.2.2. Açık Uçlu ya da Kapsül : 23
2.2.3. Karbon Nanotüpün Teorisi : 24
2.2.4 Karbon Nanotüpleri Elde Etme Yöntemleri : 25
2.2.4.1 Ark Buharlaştırma Yöntemi : 25
2.2.4.2 Lazer Buharlaştıma Yöntemi : 26
2.2.4.3 Mekanik Öğütme : 26
2.2.4.4 Diğer Yöntemler : 27
2.2.5. Karbon Nanotüplerin fiziksel özellikleri: 27
2.2.5.1. Karbon Nanotüplerin Optik Özellikleri : 27
2.2.5.2. Karbon Nanotüplerin Elektronik Özellikleri : 29
2.3. NANOTELLER 30

BÖLÜM III
3. TÜRKİYEDE GELİŞTİRİLİŞ NANOTEKNOLOJİ UYGULAMALARI 35
3.1. HİDROJEN DEPOLAMA 35
3.2. SUYU MİKRO BİYOLOJİK FİLTRELEME TEKNOLOJİSİ 42
3.2.1 BMB2000 42
3.2.1.1 Nano-Fiber Yapısı 42
3.2.1.2. BMB2000 Özellikleri: 44
3.2.1.3. BMB2000 ANALİZ SONUÇ DİYAGRAMLARI 44
3.2.2. TAM ENDOTOKSİN FİLTRASYONU 49
3.2.2.1. Özellikleri: 49
3.2.2.2. ENDOTOKSİN NEDİR? 50
3.2.2.3. Global Endotoksin Düzenlemeleri 51
3.2.3. NANO FİLTRASYON TEKNOLOJİ TİPLERİ 52
3.2.4. UYGULAMA ALANLARI 54
3.3. MCDP VE NANO-BOR 56
3.3.1. BOR NEDİR? 57
3.3.2. BOR’UN ÖZELLİKLERİ 58
3.3.3. NNT KNOW - HOW 59
3.3.4. KULLANIM ALANLARI 60
3.3.5. NANO BOR KRİSTAL KATI YAĞLAYICI 62
3.3.5.1. BORPower Yağlayıcı Katkısı 62
3.3.5.2. BORPower S-250 63
3.3.5.3 Motor Yağı Tüketimi 68
3.3.5.4 Kullanımı 69
3.3.5.5 Etki Tarzı 69
3.3.5.6 Emniyet ve Çevre 71
SONUÇLAR VE ÖNERİLER 72
KAYNAKÇA
ÖZGEÇMİŞ

ŞEKİLLER LİSTESİ

Şekil.1.1.yüzyıldan günümüze insanlığı derinden etkileyen sanayi devrimleri. 3
Şekil.1.2. Bir karbon nanotüpün TTM görüntüsü 6
Şekil.1.3. Atom zinciri, kuantum noktaları, süper atom ve işlevselleştirilen nanotüp 7
Şekil. 1.4. 2004 yılı içerisinde nanoteknoloji tabanli ar-ge yapan, üreten, satan ve8
kullanan şirketlerin alanlara göre dağılımı 8
Şekil. 1.5. Top-down ve Bottom-up yaklaşımları 10
Şekil. 1.6. NT ardı Proses 10
Şekil.2.1. Karbon sicimlerinden oluşturulabilecek çeşitli kararlı yapılar 14
Şekil.2.2. (a) Bilgisayarlarda RAM belleğinin kapasitesini artırmak üzere yakında uygulamaya sokulacak olan MRAM belleğinin basit anlatımı. 15
Şekil.2.3. Bucky-Balls 17
Şekil.2.4. Grafitin bal peteği görünümünde atom tabakası 18
Şekil.2.5. Cam üzerine dikine dizilen karbon nanotüpler ve onların üstünde aluminyumplakadan oluşan gaz detektörü. 20
 Şekil.2.6. Karbon grafit tabakası üzerinde kiriş açısı ve kiriş vektörünün gösterimi 21
Şekil.2.7. Armchair nanotüp 21
Şekil.2.8. zig-zag nanotüp 22
Şekil.2.9. Chiral nanotüp 22
Şekil.2.10.Çok duvarlı nanotüp 23
Şekil.2.11 Tek duvarlı nanotüp 23
Şekil.2.12.(a)    C140 Fullerenin İzdüşüm Haritası (b)   C140’ın İkozahedral Simetrisi
(c)    İkozahedral C140 Fullerenin (10,5) Tek Duvarlı Nanotüp Diagram Şeması 24
Şekil.2.13. Bükmenin metalik armchair nanotüp üzerindeki etkisi 25
Şekil.2.14. Raman spektra – frekans 28
Şekil.2.15. Nanotüpün n ve m tam sayı değerlerine göre konumları 29
Şekil.2.16. Basit nanotüp birimi 30
Şekil.2.17.Nanotüpün ana ekseni 30
Şekil.2.18. Heliksel bükülmesi 30
Şekil.2.19. Diyot 30
Şekil.2.20. Bir boyutlu tellerde elektron taşınımının difüzyon ve balistik görünümü 31
Şekil.2.21. Taramalı tünelleme mikroskobunda nanotelin görüntüsü 32
Şekil.2.22. Nanotellerin zamana göre iletkenlikleri 33
Şekil.2.23. Burgulu altın tüpler 34
Şekil.3.1. Sıvılaştırılarak depolanan hidrojen 36
Şekil.3.2. Karbon nanotüpü 38
Şekil.3.3. Met-car’ın hidrojen tutumu 40
Şekil.3.4. Ti atomları ile işlevsel hale getirilen C2H4 41
Şekil.3.5. Kuantum mekaniği kullanılarak yapılan hesaplar grafit atom tabakası üzerine düzgün olarak bağlanan titanyum ile işlevselleştirilmiş etilen 41
Şekil-3.6. a)Ürün türleri b)Medikal Sanayi için türler c) Karbon Tabanlı 42
Şekil.3.7. Nanoalumina (AlOOH)’ın mikro cam fiberi üzerindeki görünümü 43
Şekil.3.8. Nano fiberler 43
Şekil.3.9. Nano Mürekkep Emme Deneyi-a 47
Şekil.3.10.Nano Mürekkep Emme Deneyi-b 47
Şekil.3.11. Nano Mürekkep Emme Deneyi-c 48
Şekil.3.12. Endotoksin 50
Şekil.3.13. Dead End ve Crossflow teknolojilerinin karşılaştırılması 52
Şekil.3.14. crossflow blok diyagramı 53
Şekil.3.15. MCDP-kristallerinin ve Nano-Bor kristallerinin (SEM) Taramalı elektron mikroskobu ile gösterimi 59
Şekil.3.16. Yakıt tüketimi 66
Şekil.3.17. BORPowerlı motor yağları ile BORPowersız Motor yağlarının yakıt
tüketimi cinsinden karşılaştırılması 68
Şekil.3.18. MCDP kristallerinin etki tarzı 69
TABLOLAR LİSTESİ

Tablo: 3.1. A2 fine (~1-4 μm) testi için kir tutma kapasitesinin C.Shields’in membran, mikroglas ve meltblown için verdiği datalarla karşılaştırılması 44
Tablo.3.2. Filtre medyalarının çeşitli tipleri için Shields’in(*) temiz su akış dataları
altında BMB2000’in akış oranı 45
Tablo.3.3. Bir Büzük (Katlanmış) Kartrijin Kir Tutma Kapasitesi 45
Tablo.3.4. Farklı Boyuttaki Lateks Damlaları İçin Emme Eğrileri 46
Tablo.3.5. Mikrondan Küçük Organik Partiküllerin Arıtılması 46
Tablo.3.6. Bor materyallerinin yıllık üretim kapasitesi 56
Tablo.3.7. Bor elementinin özellikleri 58
Tablo.3.8.MCDP kullanım Alanları ve Kullanımının sunduğu faydalar 60
Tablo.3.9. katı yağlayıcı maddelerin sürtünme değeri 64
Tablo.3.10. Kimyasal yağlalayıcılarla BORPower’ın karşılaştırılması 65
Tablo.3.11. özellikleri ve kullanıcıya sunduğu faydalar 66
Tablo. Ülkelerin nanoteknoloji üzerine makale sayılarının nüfusa göre karşılaştırılması 73









BÖLÜM I

1. GİRİŞ

1.1. 21.YÜZYILDA YENİ BİR SANAYİ DEVRİMİ: NANOTEKNOLOJİ

Nanometre boyutlarında malzeme daha işlevsel, daha mukavemetli olabiliyor, daha hızlı işlem yapabiliyor. Buna karşılık daha az enerji harcayıp daha az yer kaplayabiliyor. İşte bu gelişmeler 20. yüzyılın sonunda bilim adamlarını nanometre ölçütlerinde bilime yöneltti.
18. yüzyılın sonundan itibaren her yüzyılda iki kere bilim ve teknolojide yaşanan temel gelişmeler insan hayatını derinden etkiledi; refah düzeyinin artmasına neden oldu.
Bunlardan ilk üç devrim, endüstri devrimi olarak nitelendirildi ve tekstil, demiryolu ve otomotiv sanayisinde görüldü. 1970’li yıllarda otomotiv ve ilgili sanayiler hızlı yayılma sürecini tamamlayıp rutin gelişme sürecine girdi. 2000’li yılarda hâlâ önemli bir sanayi olan otomotiv sanayinde uluslararası rekabet nedeni ile ürünler çok gelişti ve kullanılan teknolojiler en üst düzeye geldi, fakat kâr marjlar taşıt başına ortalama 400-500 dolar düzeyine kadar düştü, sektörün katma değeri azaldı. 1940’lı yıllarda katı hal transistörün keşfedilmesi ve II. Dünya Savaşından sonra mikroelektroniğin ve silisyum teknolojisinin hızla gelişmesi ile bilgisayarlar ve daha sonra İnternet hızla yayıldı, her alanda uygulama buldu. Böylece bilgi (enformasyon) devrimi başlamış oldu.Bu devrim her şeyi etkiledi, bilimsel ve teknolojik gelişmeleri de inanılması güç şekilde hızlandırdı.Artan iletişim olanakları küçük fakat yüksek işlem kapasitesine sahip bilgisayarlara talep yarattı. Hava tahmini, yaygın ekonomik modellemeler, stratejik ve savunma planları, araba çarpışma testleri gibi çok parametreli ve çok karmaşık problemlerin hassas çözümleri süper bilgisayarların kullanımını gerektiriyor. Aydioların küçülerek yüksek operasyon hızlarına erişilebileceği beklenmektedir. Ancak,silisyum bazlı mikro elektronikte operasyon hızları arattıkça araç boyutları küçüldü,buna karşılık aygıtların ısınması arttı.
Küçük, fakat daha hızlı ve daha az enerji harcayan aygıtlar için ortaya çıkan talep silisyum teknolojisinden farklı teknolojileri, tamamen farklı malzeme ve aygıt tasarımı arayışını tetikledi. Benzer şekilde, yerel gen ve ilaç tedavileri, bazı organların ve kemiklerin tamir edilebilmesi olasılığı protein motorları gibi biyoteknolojik uygulamalar bilimsel araştırmaları olağanüstü özellikler gösteren nano yapılara yönlendirdi. Çok farklı ve olağanüstü özelliklere sahip yeni malzemelere talep en çok savunma sanayinden geldi. Klasik yöntemlerle üretilen malzemelerden elde edilebileceğimiz mekanik özellikler artık bir sınıra dayandı. Asma köprüleri, gökdelenleri taşıyan alaşımlı çeliklerden çok daha yüksek mukavemetli malzemeler kullanarak yapıları hafifletmek zorunlu oldu.
20. yüzyılın ikinci yarısında bilimsel çalışmalar, malzemeler küçülüp nanometre yani metrenin bir milyarda biri mertebesinde boyutlara küçüldüğünde fiziksel ve kimyasal özelliklerinin önemli şekilde değişebileceğini gösterdi. Nanometre boyutlarında malzeme daha işlevsel, daha mukavemetli olabiliyor, daha hızlı işlem yapabiliyor, buna karşılılık daha az enerji harcayıp daha az da yer kaplayabiliyor. işte bu gelişmeler 20. yüzyılın sonunda bilim adamlarını nanometre ölçütlerinde bilime yöneltti. Bu arada atomların doğrudan görüntülerini veren taramalı tünelleme mikroskobunun ve bundan türetilen atomik kuvvet mikroskobunun keşfi nanometre boyutlarında fizik ve kimyaya çok güçlü bir göz kazandırdı. Bu mikroskoplarla nanometre aleminde çeşitli süreçler, etkileşimler, kimyasal reaksiyonlar gözlenebiliyor, atomlar teker teker kontrollü bir şekilde istenen yerlere taşınıp yapay malzemeler de oluşturuluyordu. Bilimde elde edilen gelişmeler ve varılan bu sonuç nanometre boyutlarında malzemelerin teknolojiye ne kadar büyük olanaklar kazandırabileceğini gösterdi. Otomotiv ve benzeri imalat sanayilerinde kâr marjlarının düştüğü ABD’de iktisatçılar bu olanakları herkesten önce görüp Başkan Clinton’ı etkileyerek nanoteknolojiyi öncelikli alan ilan ettirdiler. Bundan sonra, 1997’den itibaren konu bütün dünyada hızla gelişti. şimdi nanoteknoloji bilgisayar devrimini izleyen ve 21. yüzyıla damgasını vuracak bir teknoloji devrimi olarak değerlendiriliyor.[1]


Şekil.1.1. 18.yüzyıldan günümüze insanlığı derinden etkileyen sanayi devrimleri.[1]

1.2. NANOTEKNOLOJİNİN DOĞUŞU

“Nano” sözcük olarak, bir fiziksel büyüklüğün bir milyarda biri anlamına gelir. Bir nanometreyse, metrenin bir milyarda birine eşit bir uzunluk birimi. insan saç telinin çapının yaklaşık 100.000 nanometre olduğu düşünülürse ne kadar küçük bir ölçekten bahsedildiği daha rahat anlaşılır. Bir başka deyişle, bir nanometre içine yan yana ancak 2-3 atom dizilebilir; yaklaşık 100-1000 atom bir araya gelerek nano ölçeklerde bir nesneyi oluşturur. Bildiğimiz birçok molekülde nanoyapı tanımına giriyor. 20. yüzyılın başlarında maddeyi oluşturan parçacıklardan, örneğin elektronların hem parçacık hem de dalga gibi davrandığı,yine bu ölçeklerde belirsizlik kuramının geçerli olduğu saptandı. Bu temel öğelerden doğan kuantum mekaniği sayesinde atom ve moleküller doğru olarak algılanıp anlaşıldı, temel bilimler ve ilgili teknolojiler hızla gelişti. Kuantum mekaniği sayesinde, atomun enerji durumlarının neden kesikli olduğu, katıların klasik parçacık kuramı kullanarak hesaplanan bazı temel elektronik ve manyetik özelliklerinin neden gözlemlerden büyük sapmalar gösterdiği, artık bir bilmece olarak kalmaktan kurtuldu. Kuantum mekaniğine paralel olarak 20. yüzyılın ilk ve ikinci çeyreğinde makine imalat sanayinde de önemli gelişmeler yaşandı. Bu gelişmelerden daha sonra yeni bir sanayi devrimi ortaya çıktı. Klasik mekaniğin geçerli olduğu imalat sanayinde kullanılan malzemelerin atomsal yapısı, mekanik, elektronik ve manyetik özellikleri ancak kuantum mekanik sayesinde anlaşıldı. Bu bilgiler ışığında yeni malzemeler de geliştirildi. En önemlisi, yarıiletken malzemeler, özellikle silisyum teknolojisi önem kazanıp mikroelektronik sanayi hızla gelişmeye başladı. Mikroelektronik, iletişim teknolojilerinden başlayıp her alanda uygulama buldu. Özellikle bilgisayarların ve bilişim teknolojilerinin yaygın kullanımı, mikroelektronik başta olmak üzere, optoelektronik, fotonik teknolojilerinin gelişmesinde itici kuvvet rolünü üstlendi. Bilgisayar kullanımının her alanda getirdiği hız, daha hızlı ve daha küçük bilgisayarlara olan talebi canlı tuttu. Bu sayede bilgisayarlar yaklaşık her 18 ayda işlemci hızlarını ikiye katlayarak gelişimlerini sürdürmekteler. Günümüzde bilgisayarlarda aygıt boyutları 50 nanometrenin altına inerken, mevcut teknolojilerin çözemeyeceği ısınma problemleri ortaya çıkmakta. Bunun yanında daha küçük boyutlarda elektronik aygıtların işleyişindeki yarı-klasik fizik kuramları geçerliliğini yitirip, kuantum olaylar önem kazanmaya başlamakta. Bilgisayarın, daha sonra internet’in yaygın kullanımı, yaşam tarzımızı da çeşitli yönlerden etkiledi ve zamanla kullanılan teknolojiler yetersiz kalmaya başladı. Yaşantımızı ve sağlığımızı yakından ilgilendiren, fakat daha önce hayal bile edilemeyen birçok gelişmenin kişisel kullanıma sunulması gündeme geldi. Yeni teknolojilerin sağlık hizmetlerinde başarıyla uygulanması, DNA’yla ilgili teknolojilerin gelişmesi bilim insanları ve mühendisleri her gün daha küçük boyutlara inmeye, daha az yer kaplayan, daha az enerji harcayarak daha hızlı çalışabilen aygıtlar yapmaya zorladı. Bir aygıtta kullanılan malzemenin boyutu küçüldükçe çalışma hızı da artıyor ve o malzemenin yeni özellikleri ortaya çıkıyor. Boyutlar nanometre ölçeklerine yaklaşırken malzemenin fiziksel özellikleri kuantum mekaniğinin kontrolüne giriyor, elektron durumlarının fazı ve enerji spektrumunun kesikli yapısı daha belirgin hale geliyor. Daha da önemlisi, malzemeyi oluşturan atom sayıları 100’ler düzeyine inince, atomsal yapının geometrisi, hatta atom sayısının kendisi bile fiziksel özelliklerin belirlenmesinde etken oluyor. Nano ölçeklerdeki bir yapıya yeni eklenen her atomun fiziksel özelliklerde neden olduğu değişiklikler,bu atomun cinsine, nano yapının türüne ve geometrisine bağlı olarak belirginleşiyor. Örneğin, nano yapının iletkenliği, o yapıya tek bir atom eklense bile değişebilmekte. Benzer şekilde, nano ölçeklerde atomlar arası bağ yapısı da değişikliğe uğrayabilmekte; mekanik olarak malzeme güçlenirken ya da zayıflarken, elektronik olarak iletkenlik özelliği tümüyle değişebilmekte. Örneğin, yarıiletken olarak bilinen ve çağımızın en önemli malzemesi olan silisyumdan yapılan bir telin çapı nanometreye yaklaşırken tel iletken bir karakter sergiliyor.Diğer ilginç bir malzeme de karbon elementi. Yapıtaşını karbon atomunun oluşturduğu elmas kristali, bilinen en sert ve yalıtkan malzeme. Kurşunkalemlerden tanıdığımız, 2 boyutlu, düzlemsel grafit tabakalarıysa karbon atomunun yumuşak ve iletken bir yapısı. Bir boyuttaysa, karbon atomları çelikten çok daha yüksek bir çekme mukavemetine sahip olan ve normal koşullarda çok iyi bir iletken olan kararlı sicimleri (atom zincirlerini) yapıyorlar. Teknolojinin yeni taleplerine yanıt verebilen bu olağanüstü özellikler, nanometre boyutlarında yapay malzeme sentezlenmesini özendiriyor.Nano yapıların olağanüstü özellikleri çok öncelerden tahmin edilmekteydi. Nitekim 1960’lı yıllarda, Feynman nano yapıların bu yönünü vurgulayarak bilim insanlarının dikkatlerini nanometre boyutlarına çekmek için çaba gösterdi. O sıralarda kimyacılarda mikro elektronik sanayisine seçenek oluşturmak üzere moleküllerden transistör yapmayı önerdiler. Moleküler transistör yapımının başarılması, Bell Laboratuvarları’nda 1940’lı yıllarda Shockley, Bardeen ve Brattain tarafından yapılan ve bir yumruk büyüklüğünde olan katıhal transistörün boyutunun, yaklaşık yüz milyonda bir küçülmesi anlamına gelmekte. Ancak, moleküler tansistörlerin birbirlerine iletken tellerle bağlanmaları ve bu transistörlerden bütünleşik devre yapılması, çözümü zor problemleri de beraberinde getirdi. Bu nedenle silisyum mikro elektronik teknolojisi hâlâ egemenliğini sürdürebilmekte. 1980’li yıllarda peş peşe gelen Nobel Fizik Ödüllerine konu olan çeşitli bilimsel çalışmalar hem nanometre ölçeklerinde saklı yeni davranışları ortaya çıkardı, hem de atomu görüp onu istediğimiz yere taşıyabilmemize olanak verecek yeni gelişmelere yol
açtı.Kuantum Hall etkisi ve düşük boyutlu elektron sistemlerinde gözlenen yeni kuantumlaşmalar, yeni süper iletkenlik mekanizmaları, bilimsel araştırmaları kuantum kuyularına, kuantum telleri ve noktalarına yöneltti. Bu araştırmalar, büyüklükler nanometre
düzeyine inince elektron enerjinin kuantumlaşmasının elektrik ve ısı iletkenliği gibi fiziksel özelliklere yansıyacağını ve yeni kuantumlaşmalara neden olacağını gösterdi. Önce taramalı tünelleme mikroskobunun (TTM) daha sonra atomik kuvvet mikroskobunun (AKM) keşfi, yüzeyde bulunan atomların ve moleküllerin gözlenmesine, atomsal düzeyde tepkimelerin izlenmesine olanak tanıdı. Dr. Eigler yüzeyde bulunan bir atomun TTM ucuyla başka bir yere nasıl taşınabileceğini, yüzeyle uç arasında atomun isteğe bağlı olarak hareket ettirilerek nasıl akım şiddetini ayarlayan atom-anahtarı yapılacağını gösterdi. Böylece 20. yüzyılın son çeyreğinde, doğada bulunmayan yeni nano yapıların atomsal düzeyde tasarlanarak sentezlenmesi devri başladı. insanlık, 60 yıl içinde metre milimetre büyüklüğünde malzemeyi kesici takımlarla işleyen ya da yüksek sıcaklıklarda kalıplara dökerek ya da döverek şekillendiren imalat teknolojisinden, atomsal düzeyde malzemeyi tasarlayıp yeni moleküller oluşturmaya yönelik bir imalat yöntemine geçti ve nano teknolojiyle tanıştı. Nano teknoloji nano ölçeklerde malzeme tasarlayıp üretmeyi, bu malzemelerden yeni yöntemlerle aygıt, alet üretmeyi amaçlar. [2]




Şekil.1.2. Bir karbon nanotüpün TTM görüntüsü [2]

1.3 NANOTEKNOLOJİ NEDİR?

Günümüzde hemen her konuşma veya yazıda nano teknoloji metrenin bir milyarda biri yani nanometre (nm) büyüklüğünde boyutlarla uğraşan yeni bir teknoloji olarak tanıtılıyor. Su molekülünün boyutu kabaca 1 nanometre mertebesinde olduğuna göre su ile uğraşanlar nano teknoloji mi yapıyorlar? Veya Intel’in bilinen silisyum teknolojisi ile üretip piyasaya sürmeye çalıştığı 50 nanometre boyutundaki yeni transistörler nano teknoloji ürünü müdür? Elbette değil! Malzemenin büyüklüğü nanometre ölçütlerine inince kuantum davranışlar bilinen klasik davranışların yerini almakta, fiziksel özellikleri kesikli bir değişim göstermeye başlamaktadır. Bu nano yapılarda elektronlar birkaç nanometrelik alanlara hapsolduklarından yapının geometrisine bağlı olarak yeni kuantumlaşmalara tabi olmakta, yapının bilinen mekanik ve elektronik özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilmektedir. Kimyasal ve fiziksel özellikler, yapının büyüklüğüne ve atom geometrisinin ayrıntılarına, sonradan bağlanan yabancı bir atomun cinsine ve bağlanma geometrisine göre çok farklı ve olağanüstü davranışlar sergilemektedir. Örneğin, mevcut nano yapıya yabancı bir atomun yapışması; elektronik özellikleri, örneğin elektrik iletkenliğini fark edilebilir şekilde değiştirmekte. Bu yabancı atom geçiş elementi olduğunda yapıştığı bir nano yapıya manyetik özellikler kazandırabilmektedir.




Şekil.1.3. Atom zinciri, kuantum noktaları, süper atom ve işlevselleştirilen nanotüp [3]
Kısaca; bir nano yapının fiziksel özellikleri, bağ yapısı ve dolayısı ile mukavemeti onun büyüklüğüne ve boyutlarına bağlı olarak önemli değişimler gösterebilmektedir. Şimdi çok kısa bir tanım gerekirse, Nano bilim çok küçük boyutlarda ortaya çıkan bu yeni davranışları
kuantum kuramı yardımı ile anlamamızı sağlar. Nano teknoloji ise ya yeni malzemeler, nano yapılar tasarlayıp sentezlemeyi, ya da mevcut nano yapıları veya molekülleri işlevsel hale getirip onların kazandıkları olağanüstü özellikleri yeni uygulamalarda kullanmayı amaçlar. Bir başka deyişle nano teknoloji bilinen molekülleri yeni atom ve moleküller ekleyerek işlevsel duruma sokar veya kuantum noktaları ve telleri, tüpler gibi yapay yapıları tasarlayıp sentezler. Bu şekilde sentezlenen yapılar çok aktif olurlar ve önemli kimyasal süreçlere aracılık ederler, olağanüstü elektronik veya manyetik özellikler sergilerler. Nano teknoloji bilinen bütün teknolojilere kıyasla çok daha fazla temel bilim ve kuramsal araştırmalara gereksinim duyar. [3]



Şekil. 1.4. 2004 yılı içerisinde nanoteknoloji tabanli ar-ge yapan, üreten, satan ve kullanan şirketlerin alanlara göre dağılımı[3]

1.4 NANO TEKNOLOJİNİN AMAÇLARI

Nano teknolojinin kullanım amaçları aşağıdaki gibi sıralanabilmektedir.
Nanometre ölçekli yapıların analizi,
Nanometre boyutunda yapıların fiziksel özelliklerinin anlaşılması,
Nanometre ölçekli yapıların imalatı,
Nano hassasiyetli cihazların geliştirilmesi,
Uygun yöntemler bulunarak nanoskopik ve makroskopik dünya arasındaki bağın kurulması.[4]

1.5 NANO TEKNOLOJİ BİLİMİ

Nano teknolojiyi elde etme yolları için bottom-up ve top-down olmak üzere iki çeşit yaklaşım vardır.

1.5.1. Top-Down Yaklaşımı:

Geleneksel endüstri teknolojileri, dökülmüş, kesilmiş ya da işlenmiş hammadde blok ve yığınlarının tamamıyla istenmeyen maddenin kaldırılmasıyla oluşturulduğu ürünlerin yönetiminde top-down yaklaşımını kullanır. Bu tür proseslerin sonucu ya çok küçük (örneğin; mikron ölçülü entegre devre yapıları ) ya da çok büyüktür. ( okyanus gemileri veya jumbo jetler ). Her halükarda proses yöntemleri moleküler düzeyden çok uzaktadır.(bakınız Şekil.1.5.) [5]

1.5. 2. Bottom-up Yaklaşımı:

Çok küçük moleküler makinelerin işleminde bottom-up yaklaşımından faydalanılır.(bkz. Şekil.1.5.) Bottom-up, kompleks ürünleri meydana getirmek için birbirinden ayrı atom ve moleküllerin organize edilmesi tekniği ile uygulanır.
Örneğin; insan vücudu tek bir hücre ile başlar(bir döllenmiş yumurta). Erişkin bir insan ise yaklaşık olarak kompleks düzenli ve çok farklı türde 75 trilyon hücre içerir. [6]
Bottom-up yaklaşımıyla atomlar kendine özgü bir şekilde ve çok yüksek hızlarda konumlanır ve bağlanır.Tıpkı yaşayan canlı organizmalarda olduğu gibi. Günümüzde birçok endüstri nano ölçekte ürünler imal ediyorlar.Bunlar nano ölçeğe geleneksel teknoloji yöntemleriyle yaklaşıyorlar.Bottom-up yaklaşımı ise hala bir vizyondur.
Bottom-up ve top-down yaklaşımlarının ikisi de nano teknoloji gelişim seviyesini tanımlarlar. Nano teknoloji uygulamalarının anahtarı, inanılmaz küçük ölçeklerde çok karmaşık ürünlerin oluşturulmasında birbirinden ayrı atomların yerleşimini kontrol edecek proseslerin geliştirilmesidir.
Tamamıyla inanılmaz küçük ölçeklerdeki bu yeni fiziksel fenomen yeni tür makinelerin yapılmasına sebebiyet verecektir ve bundan dolayı malzemenin içindeki birbirinden ayrı molekül ve atomların karakteristikleri, malzemenin hacim (bulk) özelliklerinden çok daha önemli olacaktır. Bu alanın teması “Nano teknoloji sayesinde yeni bir performans”tır. [7]



Şekil. 1.5. Top-down ve Bottom-up yaklaşımları [5] Şekil. 1.6. NT ardı Proses [5]





BÖLÜM II

2. KARBON NANO YAPILAR

 Nano teknoloji çağının başlamasında en önemli rolü karbon nano yapılar oynar. Bu nano yapılarda karbon elementi önemli bir yere sahiptir. Çünkü karbon atomları karmaşık, uzun zincirli moleküller oluşturacak biçimde birbirlerine bağlanabilir ve bunu yaparken her bir karbon atomunun, kendisine başka atomlarında bağlanmasına izin verecek şekilde boş yeri kalır. Bu özellik tüm elementler arasında karbona özgü karakteristik bir özelliktir.
Karbon, üç boyutlu (3B) yarıiletken elmas yapıdan, iki boyutlu (2B) yarı metalik grafite, bir boyutlu (lB) iletken ve yarıiletken nano tüplere ve sıfır boyutlu (OB) nano toplara kadar farklı kararlı yapılara ve birçok ilginç özelliğe sahip bir elementtir. Karbonun lB ve OB yapıları nanometre düzeyinde oldukları için, bu sistemlere nano tüpler ve nano toplar denir; karbon nano yapıların aslını toplar ve tüpler oluşturur. Nano toplar optik sınırlayıcı olarak kullanılır; bunlar malzemeleri aşırı ışıktan korumada yararlanılan kaplamalardır. Karbon toplar içeren polimerler, fotoiletkenlik özellik gösterdiği için, karbon nano toplar foto diyot ve transistor olarak, ayrıca güneş pillerinde de kullanılabilir. Karbon nanotop katkılı ince polimer tabakalarının ilginç kırınım özelliği, onları önemli optik uygulamaların bir parçası haline getirmiş durumdadır. Bunların yanı sıra, oksitlenmeye karşı iyi bir koruyucu olmaları, karbon nanotopların yüzey kaplama malzemesi olarak kullanılmalarının nedenidir. Metallerde ise eş potansiyel yüzeyleri oluşturmada karbon nano topların önemli bir yeri vardır. Malzemelerin yüzeylerini ince elmas tabakasıyla kaplama veya silisyum yüzeylerinde ince SiC (silisyum karbür) tabakası oluşturmada (ince SiC filmlerinin yüksek sıcaklığa dayanıklı elektronik aygıtlarda ve mikro mekanik sistemlerde önemli bir yeri var) yine karbon nanotopların rolü söz konusudur.
Düzgün karbon nanotüp yapılarda atomlar birbirleri ile sp2 şeklinde (grafit plakada olduğu gibi bağlanır, atomlar sadece altıgen geometri oluşturur ve her atomun sadece üç komşusu bulunur. Karbon tüplerin uçlarının koni şeklinde tamamlandığı durumlarda mümkündür.
Tek duvarlı karbon nanotüpler ilginç mekanik ve elektro mekanik özelliklere sahiptir. Karbon tüplerin, makroskopik büyüklüklerde oluşmaları mümkünse de bunlar çok kırılgan; nanometre düzeyindeki boyutlara sahip tüplerse çok esnek ve sağlam özelliktedir. Şerit halinde ve helezoni şekilde de üretilebilen nanotüplerin farklı çaplarda olanları birbirine eklenebilir; eklem, bükülme veya kıvrılma yerlerinde farklı geometrik şekiller (beşgen, yedigen gibi) oluşturur. Karbon nanotüplerin çapları nanometre, boyları mikrometre düzeyinde olabilir. Nanotüplerin çapları şimdiye kadar üretilebilen en ileri yarıiletken aygıt1arınkinden çok daha küçüktür. Karbon nanotüplerin yarıiletken teknolojisinde kullanılmaya başlanması yarı iletken teknolojisinde çok büyük bir atılıma neden olabilecektir; çünkü nanotüplerin çok ilginç elektronik özellikleri vardır. Tüpün geometrisine (çapına ve silindir yüzeyinin kıvrılma yönüne) bağlı olarak nanotüpler metal veya yarıiletkenlik özelliği gösterebilirler. Tüpün elektronik özellikleri, katkı maddesi olmaksızın yalnızca geometrik parametrelerle ayarlanabilir. Yarıiletken nanotüplerin yasak enerji aralığı 1 ile O arasında değiştirilebilir. Karbon nanofiberler çok geniş yüzey alanına sahiptir. Nanofiberin kütlesiyle alanı arasındaki oran, normal malzemelere göre çok büyük; örneğin kütlesi 1 gr. olan bir karbon nanotüp fiberin alanı 300 m2’yi bulabilir. Karbon nanotüp fiberlerin bu özelliği sayesinde nanometre düzeyinde süper kapasitörlerin, dolayısıyla da yapay kas üretimi mümkün olabilecektir. Hidrojen depolamaya da olanak sağlayan geniş yüzey alanı, karbon nanotüp fiberleri potansiyel enerji depolama malzemesi adayı konumuna getirmektedir. Karbon nanotüpler ticari olarak henüz üretilmemektedir.Yalnızca laboratuarda deney amaçlı olarak üretilebilen bu nano tüplerin maliyeti, yaklaşık 1.500 $/gr. civarındadır.
İç içe geçmiş karbon tüplerinde (çok duvarlı tüplerde) iki tüp arasındaki uzaklık, genellikle tüpü oluşturan karbon atomları arasındaki bağ uzaklığından fazladır. Eğer iç içe geçmiş tüplerde, tüplerin duvarları arasındaki uzaklık, karbon atomlarının bağ yapmalarına olanak verecek kadar azsa (0.15 nm), karbon atomları birbirleriyle (sp3 gibi) bağlanır, başka bir deyişle, her karbon atomunun dört bağlı komşusu bulunmaktadır. Bu durumda oluşan çok duvarlı tüp yapısına “karbon nanoçubuk” denir. Çubuklar içi tamamen boş veya içi kısmen



-> Makine -> PDA Görünüm - Ana Sayfa
Tüm saatler GMT +3 Saat


Full versiyon Görüntüle



Phpbb PDA Görünüm
Muhendisiz.net Tarafindan Yazilmistir.
Writed by muhendisiz.net © 2004 - 2007 All rights reserved.