Özetçe
Bu çalışmada çağımızın teknolojisi olan nanoteknolojinin tanımı, tarihi gelişimi
hakkında bilgiler verilmiştir. Bu gelişim sonucu ortaya çıkan kullanım alanları
ve amaçları özetlenmiştir. Ayrıca Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektronik Malzemeler
Araştırma ve Uygulama Merkezi bünyesinde gerçekleştirilen çalışmalar hakkında
bilgiler verilmiştir.

Abstract

In this study information about the definition and the historical progress for the
science of the century, nanotechnology was given. According to this progress,
the area and the aim of the usage were summarized. Also information about the
studies afforded in Dokuz Eylul University, Electronic Materials Production and
Application Center were given.

1. Giriş

Nanoteknoloji; nanometre ölçeğinde fiziksel, kimyasal ve biyolojik olayların
anlaşılması, kontrolü ile nano boyutlarda fonksiyonel malzemelerin, araçların ve
sistemlerin üretimi ve geliştirilmesi olarak tanımlanabilir. Bu teknoloji ile nano
ölçekteki olayların değerlendirilip, benzerlerinin geliştirilerek uygulanmasıyla
bilimde yeni ufuklar açılmaktadır. Nano ölçeğin anlamı ise atom ve molekül
büyüklüğünde maddeleri kullanarak olayları kontrol etmektir [1].

1.1. Tanımı ve Önemi

Nanoteknoloji, en az bir boyutu 1-100 nm olan malzemeler, cihazlar ve sistemler
ile ilgilenir. Nanometre, metrenin milyarda biri (1nm = 10-9m) olan bir uzunluk
birimi olup, basitçe bir saç teli çapının 50000’de 1’i kadar uzunluğu ifade
etmektedir. Bu büyüklük, çıplak gözle ve optik mikroskopla görülemediğinden
çok küçük olduğu düşünülse de atom boyutunun yaklaşık olarak 5 ile 100 katı
arasında değişen bir büyüklüktür. Malzemenin boyutu nanometre mertebesine
kadar küçüldükçe bu malzemeye ait mekanik, elektriksel, ısıl, optik ve kimyasal
özellikleri ve çevresi ile ilişkileri büyük ölçüde değişmekte, aynı malzemenin
daha büyük boyutlarda göstermediği özellikler ve davranışlar gözlenmektedir [2].
Nanoteknoloji, bu davranış farklılıklarından yola çıkarak yeni, daha küçük
boyutlu ve daha fonksiyonel malzemelerin geliştirilmesine olanak sağlamaktadır.
Böylece boyutların küçülmesi ve fonksiyonellik gibi özellikler sayesinde insanlığa
enerji, ekonomi, çevre gibi endüstriyel konulardan, sağlık, biyoloji, medikal gibi
tıbbi ve haberleşme, eğitim gibi sosyal konularda da sonsuz yenilikler
sağlamaktadır. Nanoteknoloji; yediğimiz gıda ürünlerinden, giydiğimiz
kıyafetlere, kullandığımız ilaçlardan, bilgisayarlarımızın gücüne, sürdüğümüz
otomobillerden, yaşadığımız evlere kadar hayatımızın her noktasını etkileyecektir.
Uzun vadede nanoteknolojinin etkisi, tarihte buhar gücünün, elektriğin veya
transistörlerin kullanımı kadar belirgin olacaktır [3].

1.2. Tarihi Gelişimi

Nanoteknolojinin iyi anlaşılabilmesi ve uygulanabilmesi için tarihi gelişiminin
bilinmesi önem taşımaktadır. Nanoteknoloji vizyonunun ortaya çıkışını, 1959 y
ılında fizikçi Richard Feynman’ın malzeme ve cihazların moleküler boyutlarda
üretilmesi ile gerçekleştirilebilmesi konusundaki ünlü konuşmasına kadar
dayandırabiliriz (There is Plenty Of Room at the Bottom). Bu konuşmada Feynman,
minyatürize edilmiş cihazlar ile nano yapıların ölçülebileceği ve yeni amaçlar
doğrultusunda kullanılabileceğinin altını çizmiştir. Araştırmacıların daha küçük
boyutlarda çalışmaya başlamasıyla birlikte birçok problem de ortaya çıkmaya
başlamıştır. Boyutlar küçüldükçe, yapılan çalışmaları izlemek zorlaşmıştır.
1981 yılında IBM tarafından yeni bir mikroskop türü “Scanning Tunneling
Microscope” (STM) geliştirilmiştir. Bu önemli ilerlemede pay sahibi olan
araştırmacılar, bu buluşları ile 1986’da Nobel Fizik ödülünü almışlardır. Aynı
zamanlarda STM mikroskobunun bir türevi olan “Atomic Force Microscope”
(AFM) geliştirilmiştir. Feynman’ın bahsetmiş olduğu enstrümanların (scanning
electron microscope, atomic force microscope, near field microscope vb.)
1980’lerde geliştirilmesi ve eşzamanlı olarak gelişen

bilgisayar kapasiteleri ile nano skalada ölçüm ve modelleme yapılması
mümkün olmuştur. 1990’ların başında Rice Üniversitesi’nde Richard
Smalley öncülüğündeki araştırmacılar, 60 karbon atomunun simetrik biçimde
sıralanmasıyla elde edilen futbol topu şeklindeki “fullerene” molekülü
geliştirilmiştir (Şekil 1). Elde edilen molekül, 1 nanometre büyüklüğünde ve
çelikten daha güçlü, plastikten daha hafif, elektrik ve ısı geçirgen bir yapıya
sahiptir.
 

Şekil 1: Fullerene molekül yapısı [4].

Bu araştırmacılar, 1996 yılında Nobel Kimya ödülünü almışlardır. 1991 yılında
Japon NEC firması araştırmacılarından Sumio Iijima’nın, karbon nano tüpleri
bulduğunu duyurmuştur. Karbon nano tüpler, fullerene molekülünün esnetilmiş
bir şekli olup benzer şekilde önemli özelliklere sahip olduğu, çelikten 100 kat
daha güçlü ve ağırlığı çeliğin ağırlığının 6’da 1’i kadar olduğu belirtilmiştir.
90’larda ayrıca Feynman’in fikirleri Eric Drexler tarafından yazılan kitapta
(“Engines of Creation”) geliştirilmiştir.  Drexler’ın fikirleri şüpheyle
karşılanmasına karşın 1992 yılında yayınlamış olduğu kitabında (“Nanosystems:
Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation”) genel kavram ve
düşüncelerini detaylı analiz ve tasarımlar ile ayrıntılı olarak anlatmıştır.
1999 yılında ABD’de Bill Clinton hükümeti nanoteknoloji alanında yürütülen
araştırma, geliştirme ve ticarileştirme faaliyetlerinin hızını artırma amacını
taşıyan ilk resmi hükümet programını, Ulusal Nanoteknoloji Adımını
(National Nanotechnology Initiative) başlatmıştır. 2001 yılında, Avrupa Birliği,
Çerçeve Programlarına Nanoteknoloji çalışmalarını öncelikli alan olarak
dahil etmiştir [3]. Başta Avrupa Birliği Ülkeleri olmak üzere, Japonya, Rusya,
Çin, Hindistan gibi ülkeler bu konudaki araştırma ve araştırmacılara ciddi
destekler sunmaktadırlar. Türkiye’de ise nanoteknoloji konusundaki
çalışmalar 2000 senesinden sonra kendini göstermeye başlamış ve birçok
kurum ve kuruluş tarafından (TÜBiTAK,  DPT ve Sanayi Bakanlığı vb.)
bu alandaki çalışmalara destekler verilmiştir.  Hatta bu bağlamda Devlet
Planlama Teşkilatı’nın desteklediği Türkiye Ulusal Nanoteknoloji
Araştırma Merkezi (UNAM) Bilkent Üniversitesi bünyesinde kurulmuştur.
2008 yılında ise benzer şekilde DPT tarafından desteklenen,  bölümümüz
öğretim üyeleri önderliğinde, birçok bilim insanı ve sanayi kuruluşunun
da katılımıyla, hali hazırda kurulum aşamasında olan Dokuz Eylül
Üniversitesi, Elektronik Malzemeler Araştırma ve Uygulama Merkezi
(EMUM)  bünyesinde benzer çalışmaların gerçekleştirilmesi hedeflenmektedir. 

1.3. Vizyonu ve Getirdiği Yenilikler

Nano teknolojinin farklılıkları ve sağladığı avantajlar da önemlidir. Bu durum
nanoteknolojinin önemi, atomlar ve moleküller seviyesinde (1 ile 100 nanometre
(nm) skalasında) çalışarak, gelişmiş ve/veya tamamen yeni fiziksel, kimyasal,
biyolojik özelliklere sahip yapılar elde edilmesine imkan sağlamasından
kaynaklanmaktadır [3]. Teknik açıdan açıklamak gerekirse malzeme özellikleri
ve cihazların çalışma prensipleri, genel olarak 100 nm’den büyük boyutları
temel alarak yapılan varsayımların sonucunda ortaya çıkarılmış geleneksel
modelleme ve teorilere dayanmaktadır [3].  Geleneksel teknoloji bu boyutların
altındaki durum ve özellikleri açıklamada genellikle yetersiz kalmaktadır.
Bu durum ve davranışların açıklanabilmesi için nanoteknolojiye ihtiyaç
duyulmaktadır. Daha sağlam, daha kaliteli, daha uzun ömürlü ve daha ucuz
, daha hafif, daha küçük cihazlar geliştirme isteği birçok iş kolunda gözlenen
eğilimlerdendir [3]. Bu amaç doğrultusunda ortaya çıkan bilim ve mühendislik
araştırmalarında önemli bir konu olan minyatürizasyon olgusu nanoteknoloji
sayesinde gerçekleştirilebilmektedir. Böylece nanoteknoloji ışığında hareket
kolaylığı, enerji tasarrufu, kütle korunumu gibi olumlu özellikleri içeren
malzemelerin üretimi mümkün olmuştur.

Bu yeni teknolojide kullanılan malzemeler 3 grup altında incelenmektedir.
Bunlar; i) ince filmler, kuantum kuyuları ve süper örgüleri içeren 2-Boyutlu
yapılar, ii) nano teller,  kuantum telleri, nanoçubuklar ve nanotüpler
şeklindeki 1-Boyutlu yapılar ve iii) nanotanecikler ve kuantum benekleri
oluşturan 0-Boyutlu yapılardır. Şekil 2.’de sırasıyla; (a) Si nano-tel dizisi,
(b) 100 nm YSZ film katı oksit yakıt hücreleri ve (c) Glenn tarafından
NASA’da büyütülmüş SiC nanotüpler örnek olarak verilmektedir [5-7].

 
Şekil 2: (a) Si nano-tel dizisi, (b) 100 nm YSZ film katı oksit yakıt hücreleri
ve (c) Glenn tarafından NASA’da büyütülmüş SiC nanotüpler.

Nanoteknoloji; fizik, kimya, biyoloji, matematik, malzeme bilimi, makine,
elektrik-elektronik, bilgisayar, tekstil, deri, eczacılık, dişçilik ve tıp
bilimlerini içeren disiplinler arası bir çalışmadır [8].  

2. Kullanım ve Uygulama Alanları  

Nanoteknoloji, sağladığı avantajlar sayesinde pek çok uygulama alanında
kendisini göstermektedir. Bu alanlara örnekler verilecek olursa; 
nanotüpler, hidrojen depolama veyakıt hücreleri, fonksiyonel nanomalzemeler olarak sıralanabilir.
Nano teknolojinin temelini oluşturan nanotüpler çelikten 10 kat daha
fazla mukavemete sahip ve 6 kat daha hafif, hegzagonal örgüdeki
karbon atomlarının oluşturduğu silindirik yapılardır. Geçiş
elementlerinin eklenmesi ile nanotüpler yüksek oranda hidrojen
depolama özelliği kazanmaktadırlar. Bu da ileriki yılların otomobil
yakıtı olarak düşünülmektedir.
Nanoteknoloji ışığında oldukça farklı amaçlarda nano malzemeler
üretmek mümkündür. Bu malzemelere örnek olarak su ve kir tutmayan
yüzeyler, çizilmeye karşı etkili ve parlak boya, su itici, kir tutmayan,
kolay temizlenen ayna ve camlar, nanofiltreli klimalar, yosun ve deniz
hayvanlarının tutunamadığı boyalar ve yüzeyler,  özel polimerler
sayesinde terin emilip vücudun kuru kalmasını sağlayan, su tutmayan
giysiler verilebilir.  Dokumada kullanılacak elektronik fiberler
sayesinde; istenildiğinde renk değiştirebilen, vücudu zararlı ışınlardan
koruyan, güneş enerjisinden elektrik üreterek yazın soğutan, kışın
ısıtabilen giysiler üretilebilmektedir [8].
Nanoteknolojinin temel kullanım alanları; Endüstriyel, Tıp ve Sağlık,
Bilimsel Araştırmalar, Nanolitografi, Yüzey işlemleri, Tekstil şeklinde
belirtilebilir.
Endüstriyel Alan: Mikro makineler, mikro pompalar, mikro sensörler
geliştirme, optoelektronik elemanların üretimi, bir araya getirilmesi,
nano boyutlu kaplamalar, monolayer katalizörlerle tepkimelerin
kontrolü, nano boyutlu elemanlar arası bağlantılar, çip ve CD üretimi.
Tıp ve Sağlık Alanı: Mikro-nano cerrahi (özellikle göz ve beyin
cerrahisi), diyagnostik kitler, hücre, doku ve moleküler (DNA gibi)
hasar belirlenmesi ve onarımı.
Bilimsel Araştırmalar: Yüzey karakterizasyonu ve modifikasyonu,
mikroorganizmaların taşınması, DNA-Modifikasyonu.
Nanolitografi: Nano aletler kullanarak molekül ve atom düzeyindeki
malzemelerin bir yere biriktirilmesi veya oradan uzaklaştırılması
yaklaşımına litografi denir. Makroskopik dünyadaki robotların
mikroskopik benzerlerini yaparak bunlar aracılığı ile nano skalada
üretim yapmak ve makroskopik cihazları kullanarak atom ve
molekülleri amaca göre yönlendirmektir.
Yüzey Ýşlemleri: Nano yapılı kaplamalar elde edilerek daha iyi
sürtünme, aşınma, optik, elektronik, manyetik v.b özelliklerine sahip
malzemelerin elde edilmesi sağlanmaktadır.
Tekstil: Isıtıcı özellik gösteren, kir tutmayan, radar absorblayan
tekstiller gibi nano katkılar yapılarak kendi kendini temizleyen
yüzeyler ve savunma sanayinde kullanılabilecek tekstil malzemeleri
elde edilebilir. Nanoteknolojinin Günümüzdeki Tipik Uygulama
Örnekleri: Karbon nanotüp ve nanolitografi, karbon lifler üreterek
hidrojen bataryası olarak kullanma, nano kütüphaneler, veri d
epolama (noval data storage system), hücre onarım robotları
(cell repair units), gazlı içeceklerin depolandığı plastik şişelerinin
monolayer silisyum dioksitle kaplanarak cam ve plastiğin üstün
özelliklerinin birleştirilmesi, polietilen üretiminde zincir yapısı değişimi
ile çelikten sağlam taşıyıcı halat üretimi (Kevlar), n ve p tipi transistör
ve elektonik devrelerin imali, nanoteknolojik tekniklerle malzemelerde
femto saniyeler gibi kısa sürelerde gerçekleşen birçok kimyasal ve
fiziksel özelliğin ölçülebilmesi [7].
3. Dokuz Eylül Üniversitesi, Elektronik Malzemeler Araştırma ve
Uygulama Merkezi (EMUM) Bünyesinde Yürütülen,  Bilimsel ve
Endüstriyel Alandaki Çalışmalar
Aşağıda bölümümüz ve merkezimiz tarafından yürütülen nanoteknoloji
ile ilgili projeler listelenmiştir.
Kendi kendini temizleyen yüzeyler, kirli su arıtma, Goldaş AŞ - istanbul
( EUROKA, BAP Projeleri, Patent başvurusu)
 Radar absorblayan tekstiller ve nanokompozitler (TÜBiTAK Projesi)
 Magneto-optik filmler (TÜBiTAK Projesi)
 Gaz sensörleri (DPT, BAP ve TÜBiTAK Projeleri)
 Termal dedektör (Avrupa Birliği Proje önerisi)
 Superiletken malzemeler (TÜBiTAK Projesi)
 Insulatörler (2 ABD patenti, NSF Projesi)
 Nanopartiküllerin metallerle birlikte depozitlenmesi Platin PVC LTD.
ŞTi.- izmir (SAN-TEZ Projesi)
 Isıtıcı özellik gösteren polimerik nanokompozitlerin tekstil ürünleri
kaplanması, Ayçe Mühendislik- izmir (SAN-TEZ Proje önerisi)
 Kapasitör üretimi (DPT Projesi)
 HAP üretimi-Self assembly-Biomimetik (TÜBiTAK, DPT Projeleri,
Patent başvurusu)
 Diş malzemelerinin üretimi
 Piezoelektrik malzemeler (BAP Projesi)
 Yakıt hücreleri üretimi (EMUM)
 Alev geciktirici özellik gösteren malzemeler ve tekstil ürünleri (EMUM)
 Bor karbür nanofiber ve nanotüp üretimi (BOREN Projesi)
Bu çalışmalardan bazılarına örnek olarak Şekil 3’te nikel altlık üzerinde
Eu2O3 filmin AFM görüntüsü ve elektro-spinning (eğirme) yöntemiyle
üretilmiş Ag katkılı TiO2 nanofiberlerin taramalı elektron mikroskobunda
(SEM) elde edilen görüntüsü verilmiştir.  
 

Şekil 3: (a) Nikel Altlık üzerinde Eu2O3 filmin AFM görüntüsü ve (b)
elektro-spinning yöntemiyle üretilmiş Ag katkılı TiO2 nanofiberlerin
SEM’de elde edilen görüntüsü.  
Merkezimizin aktif hale gelmesi itibari ile gündeminde olan projeler ise
aşağıdaki gibidir.
 Jeoloji, Maden, Çevre, Kimya, Metalurji-Malzeme, Endüstri,
Elektrik-Elektronik, Makine, Tıp bilim dallarının ortak çalışma ürünü olan,
“Yer altı su havzalarından suların çıkartılması” konulu, DSi, Deniz
Bilimleri Bölümü, TÜBiTAK işbirlikli araştırma projesi. (KAMAG Projesi)
 Nano gümüş üretimi (TEKNOGiRiŞiM - TÜBiTAK Projesi)
 PTC, NTC üretimi (TEKNOGiRiŞiM - TÜBiTAK Projesi)
 Elektrodepozitleme (TEKNOGiRiŞiM - TÜBiTAK Projesi)
 Sulardaki As temizliği (KOBi Başlangıç - TÜBiTAK Projesi)
 Elektrik direklerin kaplanması (KOBi Başlangıç - TÜBiTAK Projesi)
 Metalurji-Malzeme, Bilgisayar, Elektrik-Elektronik, Makine ve Ziraat
bilim dallarının ortak çalışma ürünü olan “Elektronik malzeme destekli,
bilgisayar kontrollü, akıllı seraların tasarlanması ve geliştirilmesi” konulu
proje. (SAN-TEZ Proje önerisi)

4. Sonuçlar

Nanoteknoloji konusunda yürütülen çalışmalar hiç durmadan devam
etmektedir. Atomları arasındaki bağlar ve bu bağlarda yapılacak
değişiklerle ne gibi farklı sonuçlar elde edebileceği araştırılmaktadır.
Araştırmalar sonucunda olumlu gelişmeler elde edilmektedir ve bu sayede
daha büyük adımlar atılabilecektir. Dünya genelindeki bu çalışmalara
bizlerin seyirci kalmaması, aksine her alanda olduğu gibi nanoteknoloji
konusunda da belirli yatırımların yapılmasının gerekli olduğu
görülmektedir [9].
Dünya ülkeleri ile daha iyi rekabet edebilir hale gelmek için yatırımların
yanı sıra üniversite-akademi işbirliği ve uluslararası ortaklıklar gibi
oluşumlar sağlanarak ülkemizin bu pazarda yerini alması sağlanmalıdır.

5. Kaynakça

[1] M. Doğan, Yüzyılın Teknolojisi Nanoteknoloji, Popüler bilim dergisi,
Ekim 2004, sayı 128, Sayfa 32-36.
[2] http://66.102.9.104/search?q=cache:syCooCpNSswJ:
yunus.hacettepe.edu.tr/~dogan/51.ht ml
[3] http://www.ceh.gen.tr/forum=ceh/archives.php/nano-teknoloji
-nedir--/256
[4] http://www.mindspring.com/~kimall/Fuller
[5] http://www.aip.org/mgr/png/2003/186.htm
[6] http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT2002/5000/5510lienhard.html
[7] Wagner et al, Thin Solid Films, Vol. 490, pp. 12 – 19 (2003).
[8] http://www.kuark.org/bilim/index.php?option=com_content&task
=view&id=1078&Itemid=68
[9] Introduction to Nanotechnology. By Charles P. Poole Jr. and Frank J.
Owens. Wiley Interscience, New York. 2003.

Orkut Sancakoglu1,2,Mustafa Erol1,2,3, Erdal Celik1,2
1. Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü,
Dokuz Eylül Üniversitesi
orkut.sancakoglu@deu.edu.tr
erdal.celik@deu.edu.tr
2. Elektronik Malzemeler Araştırma ve Uygulama Merkezi,
Dokuz Eylül Üniversitesi
3. Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü,
Hitit Üniversitesi
mustafaerol@hitit.edu.tr