Nanoteknoloji Nedir?

Nanoteknoloji, maddenin atomik, moleküler ayrıca supramoleküler seviyede kontrolüdür. Nanoteknolojinin ayrıca bugün moleküler nanoteknoloji olarak bahsedilen en eski ve yaygın tanımı, tam olarak ‘makroölçek ürünlerinin imalatı için atomların ve moleküllerin kontrolünün belirli bir amacını ifade etmektedir. Nanoteknolojinin daha genel tanımı sonradan National Nanotechnology Initiative tarafından yapılmıştır. National Nanotechnology Initiative, nanoteknolijiyi ‘en az bir boyutunun büyüklüğü 1’den 100 nanometreye kadar olan maddenin kontrolü’ olarak tanımlar. Bu tanım şu gerçeği gösteriyor ki; kuantum mekaniği etkileri bu kuantum-alan ölçeğinde önemlidir. Bu yüzden tanım belirli bir teknolojik amaçtan çok, verilen büyüklük sınırının altında oluşan maddenin özel niteliklerini ele alan tüm teknoloji ve araştırma türlerini kapsayan bir araştırma kategorisine dönüştü. Bu yüzden “nanoteknolojileri”nin ve “nanoölçek teknolojileri”nin çoğul formunun ‘ortak özelliği büyüklük olan geniş bir dizi araştırma ve uygulamaları ifade ettiğine sıkça rastlanır. Potansiyel uygulamaların (endüstriyel ve askeri dahil) çeşitliliği yüzünden devletler nanoteknoloji araştırmaları için milyarlarca dolar yatırım yaptı. National Nanotechnology Initiative dolayısıyla ABD 3.7 milyar dolar yatırım yaptı. Avrupa Birliği 1.2 milyar dolar ve Japonya 750 milyon dolar yatırım yaptı. Nanoteknoloji büyüklükle tanımlandığı için yer bilimi, organik kimya, moleküler biyoloji, yarı iletken fiziği, mikro fabrikasyon gibi bilim alanlarını içerir ve doğal olarak çok geniştir. İlgili araştırma ve uygulamalar da aynı şekilde çeşitlidirler. Atomik olmayan aygıt fiziğinin uzantılarından temelleri moleküler kendinden montaj olan tamamen yeni yaklaşımlara, nanoölçekteki boyutlarıyla yeni materyaller geliştirmekten atomik ölçekteki maddenin direkt kontrolüne kadar çeşitlilik gösterirler.

Bugünlerde bilim adamları nanoteknolojinin olası sonuçları üzerinde tartışıyorlar. Nanoteknoloji ilaç, elektronik, biyomalzeme ve enerji üretiminde olduğu gibi geniş uygulama yelpazesiyle birçok araç ve madde meydana getirilebilir. Diğer yandan, nanoteknoloji her yeni teknolojinin yarattığı sorunların çoğunu yaratabilir; bunlara zehirlilik, nanomaddelerin çevresel etkisi ve bunların küresel ekonomiye olası etkisi ve çeşitli kıyamet günü senaryoları şüpheleri gibi kaygılar örnek verilebilir. Bu kaygılar savunma grupları ve hükümet arasında nanoteknoloji için özel bir düzenlemenin garanti olup olmadığı konusunda tartışmaya neden oldu.

Nanoteknoloji Tarihçesi

Nanoteknolojiyi besleyen ilk kavramlar, ünlü fizikçi Richard Feynman tarafından atomların direkt kontrolü aracılığıyla bir sentezin olasılığından bahsettiği konuşması There’s Plenty of Room at the Bottom sırasında tartışılmıştır. “Nanoteknoloji” terimi ilk kez 1974’te Norio Taniguchi tarafından kullanılmıştır. Yine de çok bilinmiyordu.

Feyman’ın kavramlarından etkilenen K. Eric Drexler, “nanoteknoloji” terimini bağımsız olarak 1986’da kitabı Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology’de kullanmıştır. Bu kitap, hem kendinin hem diğer kestirilmiş karmaşıklık maddelerinin atomik kontrol ile bir kopyasını oluşturabilecek nano-ölçek çevirici fikrini öne sürmüştür. Drexler ayrıca 1986’da nanoteknoloji kavramları ve sonuçları hakkında toplum bilinci oluşturmak için The Foresight Institute (Öngörü Enstitüsü) ‘nü kurmuştur.

Bu şekilde, 1980lerde nanoteknolojinin bilim dalı olarak ortaya çıkması, teorik ve kamu işlerinin birleşmesiyle olmuştur. Bu birleşim, nanoteknoloji için ve maddenin atomik kontrolüne biraz daha dikkat çeken yüksek görünürlüklü deneysel gelişmeler için kavramsal bir çerçeve geliştirmiş ve yaygınlaştırmıştır.

Örneğin; 1981’de tarama tünelleme mikroskobunun icadı atom ve bağların daha önce yapılandan farklı bir şekilde görüntülenmesini sağlamıştır, ve 1989’da atomların kontrolünde başarılı bir şekilde kullanılmıştır. IBM Zurich Research Laboratory’da mikroskobu geliştiren Gerd Binnig ve Heinrich Rohrer 1986’da Fizik dalında Nobel Ödülü aldı. Ayrıca Binnig, Quate ve Gerber o yıl analog atomsal kuvvet mikroskobunu bulmuştur.

Fulerinler 1985’te birlikte Kimya dalında Nobel Ödülü kazanan Harry Kroto, Richard Smalley, ve Robert Curl tarafından keşfedilmiştir. C60 ilk başta nanoteknoloji olarak tanımlanmamıştır; bu terim, nano-ölçek elektroniği ve araçları için olası uygulamalar öneren ilgili grafen tüpleri (karbon nanotüpleri veya Bucky tüpleri) ile daha sonraki çalışmaya ilişkin kullanılmıştır.

2000li yılların başında, biriken alan hem anlaşmazlığa hem ilerlemeye sebep olan bilimsel, siyasi ve ticari dikkati arttırdı. Anlaşmazlıklar, Royal Society’nin nanoteknoloji hakkındaki raporu tarafından ispat edilen nanoteknoloji tanımları ve olası sonuçlarına ilişkin ortaya çıkmıştır. Moleküler nanoteknoloji taraftarları tarafından planlanan uygulamaların uygulanılabilirliğine ilişkin karşı görüşler ortaya atıldı. Bu tartışmalar 2001 ve 2003 yılında Drexler ve Smalley arasında bir kamu tartışmasında doruk noktasına ulaşmıştır.

Bu sırada, nano-ölçek teknolojilerindeki gelişmelere dayanan ürünlerin ticarileşmesi başladı. Bu ürünler nanomateryallerin dökme uygulamalarıyla sınırlıdır ve maddenin atomik kontrolünü içermemektedir. Bazı örnekler; gümüş nanoparçacıkların anti-bakteriyel bir madde ve nanoparçacık temelli şeffaf güneş kremleri olarak kullanılması, ve karbon nanotüplerin leke tutmaz tekstil ürünleri için kullanılması için Gümüş Nano platformu içermektedir.

Devletler, ABD’ de nanoteknolojinin büyüklüğe dayalı tanımını formülize eden ve nano-ölçek araştırmaları üzerine fon kuran National Nanotechnology Initiative ile başlayarak nanoteknoloji araştırmalarını desteklemeye ve finanse etmeye başladılar.

2000li yılların ortalarına doğru yeni ve bilimsel ilgi gelişmeye başladı. Maddenin atomik hassas kontrolü üzerine odaklanan, ayrıca var olan ve tasarlanmış kapasiteler, amaçlar ve uygulamaları tartışan nanoteknoloji yol haritaları üretmek için projeler ortaya çıktı.

Nanoteknoloji ile İlgili Temel Kavramlar

Nanoteknoloji, fonksiyonel sistemlerin moleküler ölçekte mühendisliğidir. Bu, güncel çalışmayı ve daha gelişmiş kavramları içerir. Orijinal anlamıyla nanoteknoloji, bugün tam ve yüksek performanslı ürünler yapmak için geliştirilen araçlar ve teknikleri kullanarak maddeleri aşağıdan yukarıya oluşturmada tahmini gücü ifade eder.

Bir nanometre (nm), metrenin milyarda biri, ya da 10-9 katıdır. Tipik karbon-karbon bağ uzunluğu, ya da bir moleküldeki atomların arasındaki boşluk 0.12–0.15 nm arasında değişiklik gösterir, ve bir DNA çift sarmalı yaklaşık 2 nm çapa sahiptir. Diğer yandan, en küçük hücresel yaşam formları, Mikoplazma familyasının bakterileri, yaklaşık 200 nm uzunluğundadır. Genel kabul ile, ABD’deki National Nanotechnology Initiative tarafından kullanılan tanımın ardınca nanoteknoloji 1’den 100’e ölçü aralığı olarak alınmaktadır. Daha düşük limit atomların boyutu tarafından belirlenmektedir (hidrojen, yaklaşık bir nm çapın çeyreği kadar olan en küçük atomlara sahiptir.) çünkü nanoteknoloji aygıtlarını atom ve moleküllerden inşa etmek zorundadır. Üst limit aşağı yukarı rastlantısal ama yaklaşık olarak daha geniş yapılarda gözlemlenmeyen olayların belirgin hale gelmeye başladığı ve nano aygıtta yararlanılabildiği boyuttur. Bu yeni olaylar, nanoteknolojiyi eşdeğer makroskobik aygıtın sadece küçültülmüş versiyonları olan aygıtlardan farklı kılar. Böyle aygıtlar daha büyük ölçektedir ve mikroteknoloji tanımı altındadır.

Bu ölçeği başka bir bağlama koyarsak, bir nanometrenin boyutunun bir metreye oranı bir bilyenin boyutunun dünyaya oranıyla aynıdır. Diğer bir deyişle, bir nanometre ortalama bir adamın tıraş makinesini yüzüne yaklaştırdığı zamanda uzayan sakal miktarıdır.

Nanoteknolojide iki ana yaklaşım kullanılmaktadır. “Aşağıdan yukarı” yaklaşımında; aygıt ve materyaller, moleküler tanıma ilkeleri ile kendilerini kimyasal olarak bir araya getiren moleküler bileşenlerden oluşturulur. “Yukarıdan aşağı” yaklaşımında, nano-nesneler atomik-düzey kontrolü olmayan daha büyük oluşumlardan oluşturulur.

Nanoelektronik, nanomekanik, nanofotonik ve nanoiyonik gibi fizik alanları, nanoteknolojinin temel bilimsel kurulumunun sağlanması için son birkaç on yıllık periyotlarda oluşmuştur.