Duştan çıkıp sadece yıkamada yaklaşık 1500 milyon kez küçüleceğinizi keşfederseniz hayal edin! Oturma odanıza adımınızı atsanız, etrafınızda gördükleriniz sandalyeler, masalar, bilgisayarlar ve aileniz değil, atomlar, moleküller, proteinler ve hücreler olacaktır. “Nano ölçeğe” küçüldükçe, yalnızca her şeyin yapıldığı atomları görmekle kalmaz, aynı zamanda onları hareket ettirebilirsiniz! Şimdi, bu atomları, doğanın minik LEGO tuğlaları gibi ilginç yeni yollarla birbirine yapıştırmaya başladığınızı varsayalım. Yepyeni ilaçlardan ultra hızlı bilgisayar çiplerine kadar her türlü fantastik malzemeyi inşa edebilirsiniz . Bu inanılmaz derecede küçük ölçekte yeni şeyler yapmaya nanoteknoloji denir. Ve bugün bilim ve teknolojinin en heyecan verici ve hızlı hareket eden alanlarından biridir.
Yapıt: Ya sadece atomları ve molekülleri bir araya getirerek hayal edebileceğiniz her şeyi inşa edebilseydiniz? Nanoteknolojinin temel fikri budur.
“Nano” ne kadar büyük?
Metre ve kilometre (binlerce metre) ölçeğinde yaşıyoruz, bu yüzden görmek için çok küçük bir dünya hayal etmek bizim için oldukça zor. Muhtemelen bilim kitaplarındaki toz akarları ve sinekler gibi elektron mikroskobuyla çekilen harika fotoğraflara bakmışsınızdır . Bu güçlü bilimsel araçlar, mikroskobik , yani bir metrenin milyonda biri ölçeğinde görüntüler oluşturur. Yani Nanoskopik, şeyleri tamamen yeni bir seviyeye küçültmeyi içerir. Nano “milyarda bir” anlamına gelir, yani bir nanometre metrenin milyarda biridir. Başka bir deyişle, nano ölçek, mikroskobik ölçekten 1000 kat ve içinde yaşadığımız metreler dünyasından bir milyar (1000 milyon) kat daha küçüktür .
Nanobilimden Nanoteknolojiye
Nano ölçeğe yakınlaşarak, atomların ve moleküllerin onları nasıl gerçekleştirdiğini görerek dünyamızdaki bazı şaşırtıcı şeylerin gerçekte nasıl çalıştığını anlayabiliriz. Mümkün olan en küçük ölçekte onları inceleyerek olayların neden olduğunu anlamamıza yardımcı olur. Nanobilimi anladığımızda, biraz nanoteknoloji yapabiliriz: sorunlarımızı çözmeye yardımcı olmak için bilimi harekete geçirebiliriz. “Teknoloji” kelimesinin anlamı budur ve teknoloji (uygulamalı bilim), şeyleri kendi iyiliği için incelemekle ilgili saf bilimden bu şekilde farklıdır.
Nano Ölçek
Sıradan nesneler, bilim adamlarının nanoölçek dediği şeyle ölçüldüğünde kesinlikle çok büyükler:
- Atom: ~0.1 nanometre.
- İnsan saçı: 50.000–100.000 nanometre çapında.
- Bir kağıt parçası : ~100.000 nanometre kalınlığında.
- Adam 2m (6,5 ft) boyunda ~ 2000 milyon nanometre boyunda.
- Bir moleküldeki atomlar: ~0.15 nanometre ayrı.
Nano Ölçekte Bu Kadar İyi Olan Ne?
Nano ölçekte çok ilginç şeyler olduğu ortaya çıktı. Birçok madde atomlar ve moleküller dünyasında çok farklı davranır. Örneğin, normalde reaktif olmayan altın, kimyasal olarak çok aktif hale gelirken, metal bakır nano ölçekte şeffaftır.
Bu farklılıkların bir nedeni, nano ölçekte farklı faktörlerin önemli hale gelmesidir. Günlük dünyamızda, yerçekimi karşılaştığımız en önemli güçtür: Saçlarımızın başımızın etrafından sarkmasından Dünya’nın yılın farklı zamanlarında farklı mevsimlere sahip olmasına kadar etrafımızdaki her şeye hükmeder. Ancak nano ölçekte yerçekimi, atomlar ve moleküller arasındaki elektromanyetik kuvvetlerden çok daha az önemlidir . Termal titreşimler (atomların ve moleküllerin titreyerek ısıyı depolama şekli ) gibi faktörler de son derece önemli hale gelir. Kısacası, bilim oyununu nano ölçekte oynadığınızda farklı kuralları vardır.
Nano Ölçekle Nasıl Çalışılır?
Parmaklarınız milyonlarca nanometre uzunluğundadır, bu yüzden atomları ve molekülleri alıp çıplak ellerinizle hareket ettirmeye çalışmak iyi değildir. Bu, akşam yemeğinizi 300 km (186 mil) uzunluğunda bir çatalla yemeye çalışmak gibi olurdu!
Şaşırtıcı bir şekilde, bilim adamları , nano ölçekte şeyleri “görmemize” ve aynı zamanda onları manipüle etmemize izin veren elektron mikroskopları geliştirdiler. Bunlara atomik kuvvet mikroskopları (AFM’ler), taramalı prob mikroskopları (SPM’ler) ve taramalı tünelleme mikroskopları (STM’ler) denir.
Nanoteknolojiyi Ne İçin Kullanabiliriz?
Nanoteknolojinin faydalarının çoğu gelecekte on yıllar içinde gerçekleşecek. Ancak şimdiden dünyamızı birçok farklı şekilde iyileştirmeye yardımcı oluyor. Nanoteknolojiyi yeni ve yabancı bir şey olarak düşünme eğilimindeyiz, belki de “teknoloji” kelimesi yapay ve insan yapımı anlamına gelir. Ancak yaşamın kendisi nanoteknolojinin bir örneğidir: Proteinler, bakteriler, virüsler ve hücrelerin tümü nanoskopik ölçekte çalışır.
Nanoteknolojide Nanomalzemeler
Zaten nanoteknoloji kullanıyor olabilirsiniz. Nanoteknolojik pantolonlar, bir nanoteknoloji halısı üzerinde yürüyor olabilirsiniz. Nanoteknoloji çarşaflarında uyuyor veya havaalanına nanoteknolojik valizler taşıyor olabilirsiniz. Tüm bu ürünler “nanowhisker” ile kaplanan kumaşlardan yapılmıştır. Bu küçük yüzey lifleri o kadar küçüktür ki kir içlerine nüfuz edemez. Bu da daha derindeki malzeme katmanlarının temiz kaldığı anlamına gelir. Bazı güneş koruyucu markaları nanoteknolojiyi benzer şekilde kullanır: Cildinizi , Güneş’in zararlı ultraviyole ışınlarını engelleyen nanoskopik titanyum dioksit veya çinko oksit tabakasıyla kaplarlar. Nano kaplamalar ayrıca çizilmeye dayanıklı araba tamponlarında, minibüslerde ve otobüslerde kaymayı önleyici basamaklarda, korozyona dayanıklı boyalarda ve yara sargılarında da görülmektedir.
Karbon nanotüpler , nanomalzemelerin en heyecan vericileri arasındadır. Bu çubuk şeklindeki karbon molekülleri kabaca bir nanometre çapındadır. İçi boş olmalarına rağmen, yoğun bir şekilde paketlenmiş yapıları onları inanılmaz derecede güçlü kılabilir. Ve neredeyse her uzunlukta lifler halinde yetiştirilebilirler. NASA bilim adamları yakın zamanda karbon nanotüpleri hakkında açıklama yaptılar. Dünya’dan uzaya kadar uzanan devasa bir asansör yapmak için kullanılabileceğini öne sürdüler . Ekipman ve insanlar, bu “yıldızlara giden karbon merdiveni” yavaşça yukarı ve aşağı kaydırabilmekte. Ve böylece pahalı roket uçuşlarına olan ihtiyaç ortadan kalkar.
Nanoteknolojide Nanoçipler
Hepimizin kullandığı bir nanoteknoloji biçimi mikro elektroniktir . Bu kelimenin “mikro” kısmı, bilgisayar çiplerinin mikroskobik ölçekte çalıştığını öne sürüyor. Ve çalışıyorlar. Ancak “mikroçip” gibi terimler 1970’lerde icat edilmiştir. Bu sebepten elektronik mühendisleri, bilgisayarları her zamankinden daha küçük, daha hızlı ve daha ucuz hale getirmek istiyorlar. Bunun için daha fazla transistör anahtarını entegre devrelere yerleştirmenin yollarını buldular . Bilgi işlem gücündeki bu sürekli artış Moore Yasası adıyla anılmaktadır. Ve nanoteknoloji gelecekte de devam etmesini sağlayacaktır. 21. yüzyılın başlarında günlük transistörler sadece 100-200 nanometre genişliğindedir. Ancak son teknoloji deneyler şimdiden çok daha küçük cihazlar geliştirmektedir. 1998’de bilim adamları, tek bir karbon nanotüpten bir transistör yaptılar.
Ve nanoteknolojiyi kullanan sadece bilgisayarların içindeki çipler değil. iPod’lardan ve cep telefonlarından dizüstü bilgisayarlara ve düz ekran TV’lere kadar her şeydeki ekranlar , nano ölçekte inşa edilen plastik filmlerden yapılmış organik ışık yayan diyotlara (OLED’ler) dönüşüyor.
Nanomakineler
Nanoteknolojinin en heyecan verici alanlarından biri. Bireysel atomlardan inanılmaz derecede küçük makineler inşa etme olasılığıdır. Nanomakineler, onarımlar yapmak için vücudumuza enjekte edilebilecek şeylerdir. Veya belki de kullanılmayan nükleer santralleri temizlemek için. Tehlikeli veya tehlikeli ortamlara gönderilebilecek Nanorobotlara dönüştürülebilir. Çoğu zaman olduğu gibi, doğa insanları buraya yönlendirir. Bilim adamları, doğal dünyada çok sayıda nanomakine örneği bulmuşlardır. Örneğin, E.coli adı verilen yaygın bir bakteri. Küçük bir nanoteknoloji kuyruğu yapabilir. Ve onu yiyeceğe yaklaştırmak için bir tür pervane gibi kamçılayabilir. Nanomakineler yapmak, moleküler üretim ve moleküler nanoteknoloji (MNT) olarak da bilinir.
Nanoteknolojinin Tarihi
“ Neden ‘Britannica Ansiklopedisi’nin 24 cildinin tamamını bir toplu iğnenin başına yazmıyorsunuz?”
Richard Feynman, Popüler Bilim , Ekim 1960
Parlak Amerikalı fizikçi Richard Feynman (1918–1988), nanoteknolojiye modern ilgiyi başlatan kişi olarak geniş çapta itibar görmektedir. 1959’da, “Altta çok yer var” adlı ünlü bir yemek sonrası konuşmasında açıkladı. Hayal gücü her zaman kuvvetli olan Feynman, insanların atomları ve molekülleri yeniden düzenlemek için küçük aletler kullanabilecekleri inanılmaz derecede küçük bir dünya hakkında spekülasyon yaptı. 1974’te Japon mühendislik profesörü Norio Taniguchi bu alana “nanoteknoloji” adını vermişti.
Nanoteknoloji gerçekten 1980’lerde başladı. Bu, Dr K. Eric Drexler’in çığır açan kitabı Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology’yi. (Yaratılış Motorları: Nanoteknolojinin Yaklaşan Dönemi) ilk yayınladığı zamanlardı. Aynı zamanda, nano ölçekte atomları ve molekülleri manipüle edebilen mikroskopların ortaya çıktığı on yıldı. 1991 yılında, bir başka Japon bilim adamı Sumio Lijima karbon nanotüpleri keşfetti. Ve yeni mühendislik uygulamalarına büyük ilgi duydu. Kalemlerdeki grafit, karbonun yumuşak bir şeklidir. 1998’de, bazı Amerikalı bilim adamları kendilerine bir karbon nanotüpten başka bir tür kalem yaptılar. Ve daha sonra mikroskop altında sadece 10 nanometre çapında harflerle “NANOTUBE NANOPENCIL” kelimelerini yazmak için kullandılar.
Bunun gibi numaralar halkın hayal gücünü ele geçirdi. Fakat aynı zamanda nanoteknolojinin tanınmasına yol açtı. Ve en yüksek politik seviyelerde ciddiye alınmasına da yol açtı. 2000 yılında, Başkan Bill Clinton. Çığır açan araştırmaları finanse etmek ve kamu yararına ilham vermek için tasarlanan. Ulusal Nanoteknoloji Girişimi (NNI) adlı büyük bir ABD hükümet programını başlattı. Ve nanoteknolojinin önemini vurguladı. 2016 yılına kadar ABD hükümeti, yalnızca NNI aracılığıyla nanoteknolojiye yılda 1 milyar doların üzerinde yatırım yapıyordu. Nanoteknoloji, o yıl , çığır açan çalışmaları molekülleri makinelere dönüştürme fikrini doğuran. Üç bilim insanı Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart ve Bernard Feringa’ya 2016 Nobel Kimya Ödülü’nün verilmesiyle bir başka önemli dönüm noktasına ulaştı .
Nanoteknolojinin Geleceği
Dünyanın her yerindeki mühendisler nanoteknoloji hakkında çıldırıyor. Dolayısıyla Amerika’nın önde gelen araştırma kurumlarından biri olan. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’ndaki bilim adamlarının söylemek zorunda oldukları şey budur. “Nanoteknolojinin yeni kavramları o kadar geniş ve yaygındır ki, teknolojinin ve bilimin her alanını kesinlikle farklı şekillerde etkileyeceklerdir. Tahmin edilemez… Nanoteknolojinin toplam toplumsal etkisinin, silikon entegre devre , tıbbi görüntüleme, bilgisayar destekli mühendislik ve insan yapımı polimerlerin bu yüzyılda sahip olduğu birleşik etkilerden daha büyük olması beklenmekte.” Bu oldukça şaşırtıcı bir iddia: 21. yüzyıl nanoteknolojisi, 20. yüzyılın en büyük teknolojilerinin bir araya getirilmesinden daha önemli olacak!
Fotoğraf: Bu nano dişliler, karbon nanotüplerin (iç gri halkalar) dış kısımlarına benzen molekülleri (dış beyaz lekeler) eklenerek yapılmıştır. NASA Ames Araştırma Merkezi’nin fotoğrafı, İnternet Arşivi’nin izniyle .
Nanorüya mı?
Nanoteknoloji büyük umut vaat eden bir dünya gibi görünüyor, ancak dikkate alınması ve çözülmesi gereken tartışmalı konular da var. Bazı insanlar, nano ölçekli organizmaların veya makinelerin insan yaşamına veya çevreye zarar verebileceği konusunda endişelerini dile getirdi. Bir problem, küçük parçacıkların insan vücudu için aşırı derecede toksik olabilmesidir. Hiç kimse yeni nanomalzemelerin veya maddelerin ne gibi zararlı etkileri olabileceğini gerçekten bilmiyor. Kimyasal pestisitler, 20. yüzyılın ilk on yıllarında ilk kullanıldıklarında zararlı olarak kabul edilmediler. 1960’lara ve 1970’lere kadar potansiyel olarak zararlı etkileri tam olarak anlaşılamadı. Nanoteknolojide de aynı şey olabilir mi?
Nano-kabus mu?
Nihai nano-kabus, “gri yapışkan” sorunu , ilk olarak Eric Drexler vurguladı. İyi niyetli insanlar, biyosferde ayaklanan, tüm canlıları yutan ve çiğnenmiş bir “gri yapışkan madde” kütlesinden başka bir şey bırakmayan nanobotlar yaratırsa ne olur? Sonrasında Drexler bu iddiadan geri adım attı . Nanoteknoloji eleştirmenleri hala insanların anlamadıkları dünyalara burnunu sokmamaları gerektiğini savunuyorlar. Ancak bu argümanı mantıksal sonucuna götürseydik, hiçbir icatımız olmazdı. İlaç yok, ulaşım yok, tarım yok. Ve eğitim yok – hala Taş Devri’nde yaşıyor olurduk. Asıl soru, nanoteknolojinin vaadinin onunla birlikte gelen potansiyel risklerden daha büyük olup olmadığıdır. Ve bu, nano geleceğimizin rüya mı yoksa kabus mu olacağını belirleyecek.