I. ULUSAL NANOTEKNOLOJİ KONGRESİ 17-18 HAZİRAN 2011

1. I. ULUSAL NANOTEKNOLOJİ KONGRESİ 17-18 HAZİRAN 2011 NANOMALZEMELER TUĞÇE ÖZTÜRK Kocaeli Üniversitesi , Fizik Bölümü , 34000 , İstanbul ; tugceozturk11@gmail.com Özet Çalışmanın amacı ; nanochip , karbon tüpler ve AFM (atomicforcemicroscobe) nin teknolojik ürünlerde ve laboratuar ortamındaki işlevinin tanıtılmasıdır.Bilgisayar ortamında hazırladıgım sunumumda fazladan bir malzeme kullanmadım.Yöntem olarak tanıtım amaçlı poster sunumu hazırlamaktayım.Çalışmamdan beklediğim sonuç ; bilimin uzantısı olabilecek , bize nano boyutlarda işlem yaptırabilecek teknik elemanların laboatuar ortamında sıklıkla kullanıldıklarını göstermektir. GİRİŞ Nanochipler hatalı okumaların önüne geçebilmekte ve bilgisayarlarda veri kolaylığı sağlamaktadırlar.Bilgisayarların internet hızını 100 kat arttırmaları öngörülmektedir. High-k metaller kullanılarak silikon malzeme kullanıldığında gözlenen performans kaybının giderilmesiyle beraber, IBM’de 45 nm boyutta nanochip üretimine başlanması hedeflenmiştir. Karbon nanotüpler, karbon elementinin allotroplarından olan fullerenler ve profen malzemesinden üretilebilirler. Silindir haline getirilmiş tek atom kalınlığında zarlardan oluşurlar. Kalınlıkları insan saç telinin seksen binde biri kadardır. Karbon nanotüplerinin 2.800 derecede bile kararlı yapısının devam ettiği, elektrik iletkenliği hususiyetinin korunduğu ve bu şartlarda bakır tellerden bin kat daha iletken olduğu tespit edilmiştir. Daha az ısı oluştuğu için daha iyi iletim sağlamaktadırlar. Karbon nanotüpler dayanıklılıklarıyla gelecekte yapay kas üretimi için en iyi malzeme olarak görünüyorlar. AFM(AtomicForceMicroscope) iğne örnek üzerinde hareket eder ve iğne-örnek arasındaki itme ve çekme kuvvetlerini (10e-11 – 10e-6 Newton) ölçer. Yükseklik bilgisi bilgisayara gönderilip x ve y pozisyonuna karşı kaydedilir. 3 boyutlu veri kullnılaraktopografik grafik görünüm elde edilir. Değişik modlarda salınım yapan şekillenimlere sahiptir.İletken AFM(CAFM), yüksek akım iletkenliğinde sub-nanoAmicroA ve düşük akım tünelleme işlemi yapan AFM(TUNA) bu şekillenimlerden bazılarıdır. Tuna ‘nın üç bileşeni; akım sensörü TUNA modülü, iletken probe ve baskın modlu operatördür. TUNA’nınPeakForceTapping model operatörü, üretilmiş yüksek kaliteli bir modeldir ve nanoboyutlarda işlem yapmak için üretilmiştir. Kontak modlu TUNA; iletken polimerleri, organik ince filmleri, ve gevşek sınırlı nanosütunlu materyalleri inceler.CVD işleme yöntemiyle buhar biriktirme sayesinde nanomalzemelerin kaplama işlemleri yapılmaktadır. Kocaeli Üniversitesi LATARUM (Lazer Teknolojileri Araştırma Ve Uygulama Merkezi), CVD yöntemiyle karbon nanotüp üretimi, filtre üretimi, altın ve gümüş nanomalzeme üretimi, femtosaniye lazer nano işleme teknolojileriyle beraber kendi nanomalzemesini de üretebiliyor. İstanbul Teknik Üniversitesi Kimya Mühendisliği ve Fizik Mühendisliği laboratuarları, Bilkent Üniversitesi NANOTAM(Nanoteknoloji Araştırma Merkezi) ve SUNUM(Sabancı Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma ve Geliştirme Merkezi) da kendi nanomazlemelerini üretiyorlar ve AFM(AtomicForceMicroscope), STM(ScanningTunnelingMicroscope) gibi nano boyutlarda yüzey taraması yapabilen cihazları kullanıyorlar.İTÜ-MEMS sahip olduğu geniş olanaklarla nano boyutlarda çalışmalar yapıyorlar. Dünyada SİUC(SouthernİllinoisUniversityCorbondate) ‘e bağlı çalışan MTC (MaterialsTechnologyCenter) ve İsviçre’deki EdinburgUniversity, nanoboyutta büyük gelişmeler kaydeden kurumlardan sayılmaktadır. Avrupa Birliği 2010 yılında ABD ve Japonya’yı yakalamak için 6.Çerçeve Programı’nda nanoteknolojiyi öncelikli ilan etti. Nano araştırma yapılan bazı merkezler ve üniversiteye bağlı kurumlarda kullanılan bazı teknikler [2] .1 LATARUM’da elde edilmiş, boyutları 1-100 nmaras ındadeğişen altın ve gümüş nanoparçacıklar. [2].7 – [2].8 Karbon nanotüp ve nanochip [2].2 - [2]3Latarum malzeme işleme örneği ve vakum odası [2].4 -[2].5 (a)Taramalı elektron mikroskobundan ZnOnanokablo görüntüsü (b)Oda sıcaklığında üç farklı lazer güç kullanılarak elde edilmiş spektrum(14.4, 32 ve 56 kW/cm(2) ) ve AFM [2].6 CVD Plazma Resim 1. Nanomalzemeler ve cihazlar [2] Süperiletkenlik ve Manyetizma Bağıntısında Kullanılan Teknikler ve Üretilen Nanomalzemeler “İnternationalConference On SuperconductivityAndMagnetizm “ ICSM 2010 etkinliğinde sunulan bildiri ve özetlerden nanomalzemelere bilim dünyasının bakış açısını ve kullanılan teknikleri şu başlıklar altında inceleyebiliriz; Kimyasal çözeltilerde YBCO filmlerde nano boyutlarda akım iğneleme. AAO Template fabrikasyon yardımcısının Nbnano tümsek dizimi. YttriumBariumCopperOxide ince filmlerin gümüş nanoparçacıklarla STO tabanının kimyasal çözelti birikintisi. YttriumBariumCopperOxidemulti lazer filmlerinin boşluklu Palladiumnano lekeleriyle kritik akım yoğunlukları. Elektrolizle biriktirilmiş Co ve Co +Cu vernikli nanokablo SQUİD Magnetometer ile yüzeyinin araştırılması. Nanotüplerde Van Hove tekilliğinin süperiletkenliği.Yüksek performans (RE) BCO bulknano bileşenlerin yüksek enerjide mühendislik uygulamaları. Boron ve Nitrojen baskın karbon nanotüplerin elektronik yapısı. Spine bağlı süperiletkenlerin karbon nanotüplerle ilişkili etkileri. Ferromanyetiknanotel ve nanotüplerin manyetik özellikleri ve işlevleri. SuperSpinGlassEffects ile Sol Gel Teknolojisi kullanılarak nano manganez türtilmesi . Tek duvarlı karbon nanotüplerin geçiş sıcaklığı ve süperiletkenlik enerji aralığı . Nanopartiküllerin manyetik kararlılığının boyutlara bağlılığı. Zinkitnanoparçacığında süper paramanyetik rezonans çalışmaları. Homojen olmayan süperletken eşleme sistemlerinde nano simetri merkezli yüzeysel Hall etkisi. YttriumBariumCopperOxidequasimulti lazerler ve yoğuşmuş gaz katmanlı nanoparçacıklar. OxygenVacancyEffect ile nanopartiküllerin oksitlenmesi. ConanotellerinİonTrachEtchedMembranes yöntemiyle kimyasal elektrolizle biriktirilmesi ve Reversal Mekanizması. Karaciğer ve beyin NMR görüntülemelerinin manyetik nanopartiküler sentezi. Yarı iletken nanoparçacıklarındaMn cilalı ZnO seyreltiğinin Raman yakın bant ve ferromanyetik özellikleri. PEG AssistedHydrothermalSynthesis yöntemiyle nano parçacığının manyetik özelliklerinin incelenmesi. SilverİndiumSelenidnanoçubuğunun iyon ışnlanması. Süper akım JosephsonTransistörnanokablolarında sıcak quasiparticle kontrolleri. [1] [3].1 - [3].2 YBCO film lerde iğneleme ve YBCO tabelalar [3].3 – [3].4 AAO ürünü ve Temple yardımcısının Nbnsno tümsek dizimi [3].6 YttriumBariumcooper [3].5 Van Hove tekilliği. [3].7 – [3].8 SQUİD Magnetometer [3].10 ( REBCO) RussianExportBlendCrudeOil [3].9 Sol Gel tekniği şekillenimi Resim 2. Nanoteknolojik yöntemlerde kullanılan cihazlar ve nanomalzemeler [3] Nanomalzemelerin Geçmişi ve Bugünü 1960 lı yıllarda, Feynman nano yapıların bu yönünü vurgulayarak bilim insanlarının dikkatlerini nanometre boyutlarına çekmek için çaba gösterdi. Kuantum Hall etkisi ve düşük boyutlu elektron sistemlerinde gözlenen yeni kuantumlaşmalar, yeni süper iletkenlik mekanizmaları, bilimsel araştırmaları kuantum kuyularına, kuantum telleri ve noktalarına yöneltti. Önce taramalı tünelleme mikroskobunun (STM) daha sonra atomik kuvvet mikroskobunun (AFM) keşfi, yüzeyde bulunan atomların ve moleküllerin gözlenmesine, atomsal düzeyde tepkimelerin izlenmesine olanak tanıdı. Dr. Eigler yüzeyde bulunan bir atomun STM ucuyla başka bir yere nasıl taşınabileceğini, yüzeyle uç arasında atomun isteğe bağlı olarak hareket ettirilerek nasıl akım şiddetini ayarlayan atom-anahtarı yapılacağını gösterdi. [4] İlk karbon nanotüp grafitten ‘ark-discharge’ buharlaşma yöntemi ile elde edildi. Plaka kıvrılıp silindir şekli verildi.Uyarılmış seviyelerde doğrusal olmayan soğurma özelliği gösterirler. Bu yüzden optik sınırlayıcı aygıt, foto yansıtıcı, foto diyot transistör, polimer tabaka, foto iletken ve güneş pili olarak kullanılabilirler. Karbon nanotoplara 1970’te E.Osawa ‘caranulene’ molekülünü sentezleyip yapının kafes yapı olabileceğini söyledikten sonra genel olarak ‘fullerene’ denilmiştir. Suni elmas yapımı ve silisyum karbür ince plaka yapımında katalizör olarak kullanılabilir. Katkılandırılmış iletkenler süperiletken özelliği gösterebilirler. Süperiletken Kuantum Girişim Aygıtları, halkadan geçen manyetik akının kuantalanması ilkesine dayanırlar. Hall Manyetometreler, katmanlı yarı iletken bir malzemeyle üretilirler ve iki boyutta hareket edebilirler. [5] San Diego University of California’dan NichelTailon, sarin gazı gibi zefirli gazları tespit eden bir sensör şebekesi kurmak için nanomateryal kullandı. Lawrence Kansas’ta bulunan CritiTech, İnc şirketi yumurta kanseri tedavisinde nano ölçekli paklitaksel kullanmaktadır. [6] Nanomalzemeler; nanoyapılı polimer LCD ler, kendi kendini temizleyen nanoboyalar, ısı algılayan ve ışık yayan kumaşlar, zararlı UV ışınlarını yansıtıcı şapkalar, dokuma enstitüsünde elektrospine sahip PVA yani polimerizasyonla elde edilmiş formaldehit fiber alkol kullanılarak yapılmış teri emerek vücudun kuru kalmasını sağlayan su tutmayan giysiler gibi çeşitli alanlarda kullanılmaktadır. SONUÇLAR Richard Feynman’ın ‘There’sPlenty of Room at theBottom’ başlıklı konuşmasıyla başladığı kabul edilen nanoteknoloji, günümüzde boyut dilinin nano olmasıyla beraber daha önceden kullanılan cihazlara ve malzemelere eşsiz özellikler katmaktadır. Nanochipler, karbon nanotüpler, tünelleme ve taramalı elektron mikroskopları, femtosaniye lazerler, nanomalzeme kaplama yöntemleriyle laboratuar ortamında birleşerek,hızlı bir gelişim süreci göstermektedir. Tablo 1. Karbon nanotüplerin elektroniğin ötesinde çeşitli kullanım alanları. [5] KAYNAKLAR 3. [3].1 http://latarum.kocaeli.edu.tr/ [3].2 http://www.kocaeli.edu.tr/universitemizden-haberler.php?Haber=77 [3].3 http://latarum.kocaeli.edu.tr/cihazlar.php [3].4 http://spie.org/x18767.xml?ArticleID=x18767 [3].5 http://cnst.nist.gov/nanofab/nanofab_equipment/inspect.html [3].6 http://www.aist.go.jp/aist_e/latest_research/2005/20050615/20050615.html [3].7 http://www.yaklasansaat.com/dunyamiz/bilim_ve_teknoloji/nanoteknolojide_karbon.asp [3].8 http://www.wellnessuncovered.com/joomla/index.php?option=com_content&view=article&id=1136:are-populations-being-primed-for-nano-microchips-inside-vaccines&catid=51:big-brother&Itemid 4. Gebze Yüksek Teknoloji Üniversitesi, “Fizik Temelli Teknolojilerin En Popüleri:Nanoteknoloji ve Önemi” başlıklı ek, http://www.gyte.edu.tr/physics/default.aspx 5. Erkoç Ş., “Nanobilim ve Nanoteknoloji”, ODTÜ Yayıncılık, 4.baskı, 2010, s.54. 6. Uldrich J., Newberry D., “Nanoteknoloji”, Ledo Yayıncılık, 2008. 1. “İnternationalconference on superconductivityandmagnetism” AbstractBook, 2010, Kocaeli Üniversitesi Kütüphanesi. 2. . [2].1 http://www.nist.gov/pml/electromagnetics/magnetics/electromagnetics-measurements-2004.cfm [2].2http://www.nexans.com/eservice/Corporate-en/navigate_142392/Hi_Temp_Super_Conductivity.html [2].3 http://english.nanoctr.cas.cn/ns/ue/200905/t20090526_3309.html [2].4 http://surface.skku.ac.kr/intro_aao.html [2].5 http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-97332002000500017&script=sci_arttext [2].6 http://www.lanl.gov/orgs/mst/cint/shadi_dayeh/index.htm [2].7 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/squid.html [2].8 http://www.cryogenic.co.uk/products/measurement/s600x.asp [2].9 http://nanoall.blogspot.com/2010_11_01_archive.html [2].10 http://www.marginup.com/products/25855/Rebco-REBCO-API-31-32.html