Nanoteknoloji hayata
Aralık 1959'da, fizikçi Richard Feynman "Altta Geniş Alan" başlıklı bir konferans verdi, teması "Şeyleri En Küçük Düzeyde Manipüle Etme ve Kontrol Etme Sorunu" idi. Bu konuşmada Feynman, iğneye harf kazıma teknolojisinden memnun değildi (o zamanlar bu zaten çok ileri bir teknolojiydi), sordu: "Neden tüm ansiklopediyi iğneye yazamıyoruz?"
Bu sorunun cevabını verdi: Harfleri kazımak için olabildiğince küçük yapmaya çalışmadık, iğnenin atomlarını harfleri oluşturmak için manipüle etmeye çalıştık ve nanoteknoloji resmen önerildi. 1990'da ilk kez atomları "yazmaları" için manipüle eden bir mektup vardı, 35 atomu paylaşan ve Feynman'ın vizyonunu gerçekleştiren İngilizce "IBM" harfi.
Nanoteknolojinin ortaya çıkışından bu yana, "yarının dünyası" olarak tanımlandı ve yüzlerce bilim kurgu romanı onu tanımladı. Ama aslında nanoteknolojinin sanayi devrimi sessizce ortaya çıktı ve bazı alanlarda yeteneklerini göstermeye başladı. Peki nanoteknoloji arasındaki fark nedir ve dünyamızı nasıl değiştirecek?
Nanoteknoloji nedir?
Nano bir uzunluk birimidir, ancak bu birim çok küçüktür, metrenin milyarda biri. 1 nanometrenin ne kadar küçük olduğunu hissetmek zordur Bir saçın 75.000 nanometre olduğunu ve bir DNA çift sarmalının yaklaşık 2 nanometre genişliğinde olduğunu hayal edin.
Nanoteknoloji denen şey, kontrol edilebilir koşullar altında yeni bir molekül oluşturmak için atomların bağlantı yapısını değiştirmektir. Nanoteknoloji, farklı türlerde nano ölçekli malzemeler (nanopartiküllerden oluşan) üretir ve nano parçacık yapısının boyutu 1 ila 100 nanometre arasındadır.
20. yüzyılın başlarında insanlar buharlaşarak metallerin nanopartiküllerini ve oksitlerini hazırlamaya başladılar. 20. yüzyılın ortalarında, insanlar malzeme parçacıklarını rafine etmek için mekanik tozlaştırma yöntemini keşfettiler.Şimdi nanopartikül hazırlama yöntemleri temel olarak kimyasal yöntemler ve fiziksel yöntemler olarak ikiye ayrılıyor.
Fiziksel yöntemler genellikle "yukarıdan aşağıya", yani göreceli olarak büyük maddeleri nanometreye fiziksel olarak yok etmek ve daha sonra bu nanometre boyutundaki küçük birimleri uygun nanopartiküllere dönüştürmektir. Fiziksel yöntem toz haline getirme yöntemi ve yapım yöntemi olarak ikiye ayrılır.Bunlardan öğütme yöntemi esas olarak öğütme ve kırma yöntemlerini benimser; inşaat yöntemi gaz buharlaştırma yöntemini ve karışık plazma yöntemini içerir.
Kimyasal yöntem esas olarak "aşağıdan yukarıya" bir yöntemdir, yani uygun kimyasal reaksiyonlar (sıvı, gaz ve katı faz reaksiyonları dahil) yoluyla, nanopartiküllerin moleküllerden ve atomlardan hazırlanmasıdır. Kimyasal sentez yöntemleri, gaz fazı reaksiyon yöntemini ve sıvı faz reaksiyon yöntemini içerir; bunlardan daha yaygın olarak kullanılan yöntemler şunlardır: sol-jel yöntemi, redoks yöntemi, gaz fazı ayrıştırma yöntemi, gaz fazı sentez yöntemi, vb.
Nanopartiküllerin olağanüstü özellikleri
Makro teknoloji, mikroçipler, spor arabalar, meşe yemek masaları ve gökdelenler yapmak için nispeten kaba ve benzer modellerde büyük madde bloklarını düzenler. Nanoteknoloji, bireysel atomları manipüle ederek insan teknolojisini yeni bir seviyeye getirebilir.
Nanopartiküllerle ilgili en önemli şey, boyutlarının aşırı derecede küçük olması değil, nanometre seviyesinde maddenin özelliklerinin çok farklı olacağıdır. Madde kümeleri yerine tek tek atomlar veya moleküllerle uğraştığımız için, burada kuantum etkileri en önemli faktör haline geldi. Makroskopik maddeler için, şekli ve boyutu ne olursa olsun, maddenin özellikleri değişmeyecektir, ancak nano ölçekli maddeler için alan-hacim oranı ve nispi boyut değişikliği ve maddenin özellikleri de değişecektir.
Örneğin, nanopartiküller genellikle beklenmedik optik özelliklere sahiptir, çünkü nanopartiküller elektronlarını sınırlayabilir ve kuantum etkileri oluşturabilir.Örneğin, altın nanopartiküller çözelti içinde mor-kırmızı görünecektir. Nanopartiküller bir süspansiyon oluşturabilir çünkü partikül yüzeyi ile çözücü arasındaki etkileşim yoğunluk farkının üstesinden gelmek için yeterince güçlüdür; eğer nano olmayan bir materyal ise, bu etkileşim genellikle materyalin sıvı içinde batmasına veya yüzmesine neden olur. Nanopartiküllerdeki elektronların eşit olmayan dağılımı manyetizmaya yol açabilir ve manyetik nanopartiküller farklı disiplinlerdeki araştırmacıların ilgisini çekmiştir. Nanopartiküllerin benzersiz mekanik özellikleri de birçok önemli alanda uygulanmıştır.Bu mekanik özellikler arasında elastik modül, sertlik, gerilme ve gerilme, yapışma ve sürtünme yer alır.
Bilim adamları, moleküler düzeyde nesnelerin boyutunu ve şeklini değiştirerek, nanopartiküllerin özelliklerini belirli amaçlara göre uyarlayabilir. Örneğin, bir "nanotel" in çapı sadece 1 nanometredir, bu nedenle genişliğindeki elektronların akışı sınırlandırılır ve nanotelin iletkenliği tam olarak kontrol edilebilir. "Kuantum noktası" 1 atom kalınlığa ve 50 atom çapa sahiptir Çap ayarlanabilir ve kontrol edilebilir. Fiziksel şekli nedeniyle, kuantum noktaları ultraviyole ışınlarını belirli bir frekanstaki görünür ışığa dönüştürebilir ve yayılan ışığın frekansı, kuantum noktasının boyutu değiştikçe değişecektir. Nanotüp, 1 atom kalınlığında karbon tabakasından yapılmış bir silindirdir. Farklı çaplar elde etmek için boruyu farklı açılarda döndürmek mekanik, elektriksel, termal ve optik özelliklerini değiştirebilir. Şimdiye kadar bulunan tüm malzemeler arasında bu yapı, bu boruların çelikten 100 kat daha güçlü, en yüksek çekme dayanımına sahip olduğu anlamına geliyor.
Nanoteknoloji günlük hayata girdi
Artık insanlık, herkesin nanoteknolojiyi kullandığı ve buna ihtiyaç duyduğu bir çağa girdi. Erken bilim kurguda açıklanan nanoteknolojinin çoğu gerçekleştirildi, ancak tespit edilmesi kolay olmayan bir şekilde, örneğin bir akıllı telefonun veya diğer çeşitli cihazların bileşen malzemesi, ancak bunların nanoteknolojiye dayandığını bilmiyoruz. . Nanoteknoloji sessizce hayatımızın her alanına girmiş ve günlük hayatımızın bir parçası haline gelmiştir.
Günümüzde güneş kremlerinden giysilere, arabalara, güneş gözlüklerinden bilgisayar ve ekranlara kadar nanoteknoloji uygulamaları en günlük yaşamda bile her yerde. Örneğin, güneş kremleri genellikle her ikisi de yüksek oranda UV emici olan titanyum dioksit (TiO2) ve çinko oksit (ZnO) nanopartikülleri içerir. Bazı giysiler ayrıca ultraviyole ışınlarına direnmek için titanyum dioksit ve çinko oksit eklerken, su geçirmezlik için giysilere silika nanopartiküller ve antibakteriyel için gümüş nanopartiküller ekliyor. 2016'da Çinli araştırmacılar, ultraviyole ışınlarını engellemeyen ancak ultraviyole ışınlarını emen ve elektriğe dönüştüren bir bez yapmak için de aynı prensibi kullandılar. Benzer şekilde, California Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, görünmez bir etki elde etmek için ışığı nesnenin etrafına yeniden dağıtmak için altın nanopartiküller kullanan görünmez bir kumaş icat ettiler.
Nano mühendislik hakkında daha derin bir anlayış kazandıkça, nanoteknoloji ürettiklerimiz üzerinde daha fazla etkiye sahip olacaktır. Örneğin, nanotüplerin uygulamasını genişletiyoruz. Nanotüpler, kuantum noktaları gibi, şu anda tıbbi uygulamaları için derinlemesine araştırılıyor, sadece teşhis ve ilaç dağıtımında değil, aynı zamanda "nanospong" olarak kullanılabildikleri için. Nanotüpler insan vücudunda doğal olarak hızlı bir şekilde dışarı atılır, bu nedenle nanospong olarak kullanıldıklarında kandaki toksinlere yapışarak vücuttan atarlar.
Benzer şekilde, araştırmacılar da petrol sızıntılarını temizlemek ve suyu saflaştırmak için nanotüpleri araştırıyorlar.Nanotüpler kirleticilerle birleşir ve ardından nanoyapılarına göre uyarlanmış filtreler kullanarak bunları ortadan kaldırır. Nanoteknolojinin gelecekteki gelişme eğilimleri şunları içerecektir: nanorobotlar, nanosensörler, kanser araştırmaları, genetik terapi ve tıp, hidrofobik malzemeler, gıda ve tarım.
Nanoteknolojinin riskleri
Nanoteknoloji, hayatımızda geniş bir uygulama alanına sahip olduğundan, nanoteknolojinin riskleri dikkatimizi çekmiştir. Sorunlardan biri nanopartiküllerin toksik olup olmadığıdır.Bazı erken çalışmalar, aynı materyalin nanopartiküllerinin daha büyük partiküllere kıyasla gerçekten toksik olduğunu doğrulamıştır - bazı farelerin organları nanopartiküllerden ciddi şekilde etkilenir ve Organizmalar nanopartiküllerle temas ettikten sonra yavruları yok edilir. Nanopartiküllerin diğer hayvanlar üzerinde bir etkisi varsa, insan vücudu üzerinde de benzer etkilere sahip olması muhtemeldir. Nanoparçacıklar nefes alma, yutma, cilt emilimi ve ilaç enjeksiyonu yoluyla insan vücuduna girebilir. İnsan vücuduna girdikten sonra, insan vücuduna serbestçe aktarılabilir. Kan-beyin bariyeri, bazı nanopartiküller için bir engel değildir.
Nanoteknoloji teorisi, molekülleri kuvvet, istifleme ve bağlanma yoluyla birleştirmek yerine, moleküllerin kendiliğinden bir yapı oluşturmaya teşvik edildiği kendi kendine birleşme adı verilen bir süreci içerir. Bu, kendi kendine montaj süreci kontrol edilemez hale gelirse ne yapmamız gerektiğini düşünmemize neden olur. Ya belirli bir karbon yapısı süresiz olarak kendi kendine birleşmeye devam ederse ve mevcut tüm karbonu (siz dahil) işe yaramaz ve tek tip kütlelere dönüştürürse?
Elbette yukarıdaki iki konu hakkında çok fazla endişelenmemize gerek yok. Çünkü nanoteknoloji, doğada zaten var olan bazı unsurları yapay olarak kontrol edilebilen koşullar altında yeniden üretir. Nanoteknolojinin derinlemesine çalışılmasıyla, bu sistemi ne kadar çok anlarsak, işleri o kadar güvenli yapmayı öğrenebiliriz En tehlikeli olduğunu düşündüğümüz nanopartiküller, gelecekte en yaygın nanopartiküller haline gelebilir.
