Nano Kimya
Kimyanın nano ölçekte incelenmesi nanokimya olarak adlandırılmaktadır. Bir nanometre, bir metrenin milyarda biridir. Bu çok küçük birimin daha iyi algılanabilmesi için, bir tel insan saçının yaklaşık yüz bin nanometre kalınlığında olması gösterilebilir.
Bir malzemenin nanomalzeme olarak kabul edilebilmesi için, en az bir boyutunun 1-100 nm olması gerekmektedir.
Nanobilim ve Nanoteknoloji
Bilim ve endüstri çevrelerinde çok daha uzun süredir kullanılsa da, nanobilim ve nanoteknoloji kavramları özellikle son yirmi yılda toplumun çok daha büyük kesimleri
tarafından bilinir olmuştur.
Elbette, bu teknolojileri kullanarak daha fazla ve çeşitte ürünlerin üretilmesi bu anlamda etkili olmuştur. Örneğin, yaygın olarak bilinen bir örnek güneş kremidir. Bu ürünler UV ışınlarından koruma yeteneklerini nanopartiküllerden almaktadırlar. Nanopartiküllerin geniş yüzeyleri, güneş kremlerinin zararlı UV ışınlarını etkili bir şekilde emmesinde etkili olmaktadır.
Nanokimyanın Ortaya Çıkışı
Nanoteknoloji terimi kullanılmaya başlamadan çok daha öncesinde, nanobilim ve nanoteknolojinin arkasındaki fikir ve kavramlar, Nobel ödüllüydü meşhur Amerikalı teorik fizikçi Richard Feynman’ın 29 Aralık 1959’da California Institute of Technology’de (CalTech) Amerikan Fizik Derneği toplantısında “Altta Çok Yer Var” başlıklı konuşmasıyla başladı. Feynman konuşmasında, bilim adamlarının tek tek atomları ve molekülleri manipüle
edip kontrol edebilecekleri bir süreci anlattı.
On yıldan fazla bir süre sonra, ultra hassas işleme konusundaki keşiflerinde, Profesör Norio Taniguchi nanoteknoloji terimini ortaya attı.
Modern nanoteknolojinin başlaması ise, tek tek atomları “görebilen” taramalı tünelleme
mikroskobunun geliştirildiği 1981 yılı olarak kabul edilmektedir. Richard Phillips Feynman’ın “altta çok yer var” fikri, nanokimyanın önemini dikkat çekmiş ve bu alanda yapılan çalışmaların artmasına sebep olmuştu.
Nanoteknoloji ile kimya, daha az malzeme ile daha fazlasını yapmakla ilgilidir. Bu nedenle nanokimya, ekonomimizin ve toplumumuzun sürdürülebilir gelişimi için hayati önem taşımaktadır.
Nanokimya Uygulamaları
Uzun yıllara yayılan araştırma ve Ar-Ge çalışmalarından sonra nanoteknoloji uygulamaları, nanoteknolojinin topluma fayda sağlama vaadini hem beklenen hem de beklenmedik şekillerde yerine getiriyor.
Nanoteknoloji, diğerlerinin yanı sıra bilgi teknolojisi, iç güvenlik, tıp, ulaşım, enerji, gıda güvenliği ve çevre bilimi gibi birçok teknoloji ve endüstri sektörünü önemli ölçüde geliştirmeye, hatta devrim yaratmaya yardımcı oluyor. Nanoteknolojinin hızla büyüyen yararları ve uygulamalarından bazı örnekler vermeye çalışacağız.
Günlük Malzemeler ve Süreçler
Nanoteknolojinin birçok faydası, belirli özellikleri elde etmek için malzemelerin yapılarını son derece küçük ölçeklerde uyarlamanın mümkün olmasına ve böylece malzeme bilimi araç setini büyük ölçüde genişletmesine bağlıdır.
Nanoteknoloji kullanılarak malzemeler, diğer birçok özelliğin yanı sıra daha güçlü, daha hafif, daha dayanıklı, daha reaktif, daha elek benzeri veya daha iyi elektrik iletkenleri etkili bir şekilde yapılabilir. Birçok günlük ticari ürün şu anda piyasada ve nano ölçekli malzemelere ve işlemlere dayanan günlük kullanımdadır.
Kumaşlara yapılan nano ölçekli katkılar veya yüzey işlemleri, kişisel vücut zırhında hafif balistik enerji sapması sağlayabilir veya buruşma, lekelenme ve bakteri üremesine karşı koymalarına yardımcı olabilir.
Gözlükler, bilgisayar ve kamera ekranları, pencereler ve diğer yüzeylerdeki şeffaf nano ölçekli filmler, onları su ve kalıntı itici, yansıma önleyici, kendi kendini temizleyen,
ultraviyole veya kızılötesi ışığa dayanıklı, buğu önleyici, antimikrobiyal, çizilmeye dayanıklı veya elektriksel olarak iletken yapabilir.
Nano ölçekli malzemeler, sağlık izleme, güneş enerjisi yakalama ve hareket yoluyla enerji toplama özelliklerine sahip esnek nano ölçekli sensörler ve elektroniklerle donatılmış
yıkanabilir, dayanıklı “akıllı kumaşlar” sağlamaya başlıyor. Nanokimya uygulamaları uçakların, teknelerin ve uzay gemilerinin hafifleştirilmesi önemli ölçüde yakıt tasarrufu sağlayabilir.
Polimer kompozit malzemelerdeki nano ölçekli katkı maddeleri, beyzbol sopaları tenis raketleri, bisikletler, motosiklet kaskları, otomobil parçaları, bagaj ve elektrikli alet muhafazalarında kullanılmakta ve bu da onları hafif, sert, dayanıklı ve esnek hale getirmektedir.
Artık yeni nesil hava araçlarında kullanılmak üzere karbon nanotüp levhalar üretiliyor.
Örneğin, hafiflik ve iletkenliğin birleşimi, onları elektromanyetik koruma ve termal yönetim gibi uygulamalar için ideal hale getirir.
Enzimlerin nano-biyomühendisliği, odun yongalarından, mısır saplarından, gübrelenmemiş çok yıllık otlardan vb. selülozun yakıt için etanole dönüştürülmesini sağlamayı amaçlamaktadır. Selülozik nanomalzemeler, elektronik, inşaat, paketleme, gıda, enerji, sağlık, otomotiv ve savunma dahil olmak üzere çok çeşitli endüstriyel sektörlerde potansiyel uygulamalar göstermiştir.
Selülozik nanomalzemelerin diğer birçok nanomalzemeden daha ucuz olduğu ve diğer özelliklerin yanı sıra etkileyici bir güç-ağırlık oranına sahip olduğu tahmin edilmektedir.
Otomotiv ürünlerindeki nano mühendislik malzemeleri arasında yüksek güçlü şarj edilebilir pil sistemleri; sıcaklık kontrolü için termoelektrik malzemeler; daha düşük yuvarlanma direncine sahip lastikler; yüksek verimli/düşük maliyetli sensörler ve elektronikler; ince
film akıllı güneş panelleri ve daha temiz egzoz ve genişletilmiş menzil için yakıt katkı maddeleri yer almaktadır.
Derleme ve Çeviri: B. Serhat Cengiz
Kaynaklar
• https://www.grace.edu/what-is-nanochemistry-a-faculty-blog-by-andrew-zhou/
• https://www.nano.gov/about-nanotechnology/applications-nanotechnology
• https://www.acs.org/content/acs/en/careers/chemical-sciences/fields/nanochemistry.html
• https://www.encyclopedia.com/science/news-wires-white-papers-and-books/nanochemistry
• https://www.azolifesciences.com/article/An-Overview-of-Nanochemistry.aspx
• https://www.nano.gov/nanotech-101/what/definition#:~:text=Physicist%20Richard%20
Feynman%2C%20the%20father,%2C%20materials%20science%2C%20and%20engineering.
