Nanometre Ölçeğinde Madde Kontrolü: Tanım, Yaklaşımlar ve Uygulama Alanları

Nanoteknolojinin Tanımı ve Kapsamı

Nanoteknoloji, maddenin atomik, moleküler ayrıca supramoleküler seviyede kontrolüdür. Nanoteknolojinin en eski ve yaygın tanımı olarak bahsedilen moleküler nanoteknoloji 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. Bu girişim nanoteknolojiyi 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 nanoteknolojilerin ve nanoölçek teknolojilerinin çoğul formunun ortak özelliği büyüklük olan geniş bir dizi araştırma ve uygulamaları ifade ettiğine sıkça rastlanır.

Büyüklük Ölçeği ve Temel Kavramlar

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. General 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 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.

İki Ana Yaklaşım

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 ise nano-nesneler atomik-düzey kontrolü olmayan daha büyük oluşumlardan oluşturulur. 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.

Maddenin Nano-Ölçekteki Nitelikleri

Sistemin büyüklüğü azaldıkça bazı olaylar belirgin hale gelmektedir. Bu olaylar kuantum mekanik etkilerini olduğu gibi istatistiksel mekanik etkileri de içerir. Nanometre aralığına ulaşıldığında kuantum etkileri daha büyük hale gelebilir ve buna kuantum alanı denir. Makroskobik sistemlere nazaran birçok fiziksel özellikler değişir. Nano-ölçeğe düşürülen materyaller, eşsiz uygulamalara olanak vererek, makro-ölçekte gösterdiği özelliklere nazaran farklı özellikler gösterebilir. Örneğin; opak maddeler şeffaf hale gelebilir, kararlı maddeler yanıcı hale gelebilir, çözünmeyen maddeler çözünür hale gelebilir. Altın gibi normal ölçeklerde kimyasal olarak inert olan bir madde, nano-ölçekte potansiyel kimyasal katalizör işlevi görebilir.

Uygulama Alanları ve Kaygılar

Bugünlerde bilim adamları nanoteknolojinin olası sonuçları üzerinde tartışıyorlar. Nanoteknoloji ilaç, elektronik, biyomalzeme ve enerji üretiminde olduğu gibi geniş uygulama yelpazesiyle birçok araç ve madde yaratabilir. Diğer yandan, nanoteknoloji her yeni teknolojinin yarattığı sorunların çoğunu yaratabilir; bunlara zehirlilik, nanomaddelerin çevresel etkisi ve bunların küresel ekonomiye olası etkisi gibi kaygılar örnek verilebilir. Bu kaygılar savunma grupları ve hükûmet arasında nanoteknoloji için özel bir düzenlemenin garanti olup olmadığı konusunda tartışmaya neden oldu. Potansiyel uygulamaların çeşitliliği yüzünden devletler nanoteknoloji araştırmaları için milyarlarca dolar yatırım yaptı. Ulusal Nanoteknoloji Girişimi dolayısıyla ABD 3,7 milyar dolar yatırım yaptı. Avrupa Birliği 1,2 milyar dolar ve Japonya 750 milyon dolar yatırım yaptı.

Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.