Untitled Document
 
www.yaklasansaat.com




 

Dünyamız/ Bilim ve Teknoloji/ Nanoteknoloji/ Nanoteknolojide "Karbon Nano Yapılar"

NANOTEKNOLOJİDE "KARBON NANO YAPILAR"

Metal
Yarı İletken
Grafit

Karbon(C) elementi, canlıların temel taşıdır. Yapısında Karbon içermeyen hiç bir canlı varlık yoktur. Nanoteknoloji çağının başlamasında en önemli rolü oynayan Karbon, nanoyapılarda; nanomakinelerin, nanorobotların vazgeçilmez elemanı olmaktadır. Karbon nanoyapılar, bu tür nanosistemlerin yapılmasında, şimdilik tek aday durumundadır. Karbon, bir boyutlu (1B) iletken,yarı-iletken nanotüplerden; sıfır boyutlu (0B) nanotoplara kadar, farklı kararlı yapılara ve birçok ilginç özelliğe sahip harikulade bir elementtir. Karbonun 1B ve 0B yapıları, nanometere düzeyinde oldukları için, bu sistemlere nanotüpler ve nanotoplar deniyor. Karbon nanoyapıların aslını; toplar, tüpler ve çubuklar oluşturur. Nanotop ve nanotüplerin; elektronikten, biyolojiye, ileri malzemelerden, tıbba kadar pek çok uygulama alanı vardır.

KARBON  NANOTOPLAR 

Karbon tüp içinde karbon top

Birkaç Karbon atomunun, birbirine bağlanarak, top şeklinde oluşturdukları kafes yapılardır. 1984 yılında R.E. Smalley ve arkadaşları, Grafit kristalini lazerle eritip buharlaştırdılar. O sırada, Karbon atomlarının, topaklar halinde ve farklı büyüklüklerde top biçimli kafes yapılar oluşturduğunu farkettiler. Bu Karbon topları, 20-130 kadar karbon atomu içeriyordu. Grafitin buharlaştırılması sırasında oluşan topların, %75 kadarını 60 atomlu toplar (C60), %23 kadarını da 70 atomlu toplar(C70) oluşturmaktaydı.

En sağlamı olan C60 Karbon toplarında, atomlar birbirleriyle sp2 şeklinde bağlanmaktadır. Bu bağ, Grafit atomlarının yaptığı bağ şekline benzemektedir. Karbon nanotopların, en çok üretilen ve yaygın olarak kullanılan biçimi, 60 karbon atomudur(C60). Bundan elde edilen küre şeklindeki C60; 12 yüzlü simetri, 12 adet beşgen ve 20 adet altıgen yüzden oluşur.

Karbon nanotoplar, genellikle küre şeklinde bir kafes yapısına sahiptir. Bu yapı ise Karbon atomlarının, beşgen ve altıgen yüzeyler oluşturmalarından kaynaklanıyor. Tek duvarlı olabildikleri gibi, iç içe geçmiş soğan katmanlarına benzer bir yapıda olanları ya da ikili gruplar (dimer) halinde bulunanları da vardır.

Karbon nanotoplar, hem saf olarak, hem de katkılandırılmış olarak da elde edilebiliyorlar. Karbon toplar, yerleştirildikleri kristal yüzeylerinin, elektronik ve optik özelliklerini değiştiriyorlar. İki yüzey arasında zıplayarak hareket edebilen topların, bu özelliğinden faydalanarak, nano transistörler ve hatta tek elektron transistörler yapmak mümkündür.

NANOTOPLARIN KULLANIMI

Nanotoplar, optik sınırlayıcı olarak kullanılıyor. Bunlar, malzemeleri aşırı ışıktan korumada yararlanılan kaplamalardır. Karbon toplar içeren polimerler, foto-iletkenlik özelliği gösterir. Bu nedenlede, Karbon nanotoplar, fotodiyot, transistor olarak ve ayrıca güneş pillerinde kullanılmaktadır. Bunların yanısıra, oksitlenmeye karşı iyi bir koruyucu görevi yaparlar. Kendi ağırlığının 300 milyon katı bir ağırlığa dayanabilecek sağlamlıktadır. Bu sağlamlıkta başka bir malzeme bulmak mümkün değildir.

Suda çözülebilen Karbon topu türevlerinden  oluşturulan bir maddenin, HIV virüsünün faaliyetlerini sınırladığı tesbit edilmiş bulunuyor.

Karbon nanotoplar, Hidrojen depolamada ve yüksek enerjili pil yapımında ve iki ayrı malzeme arasında sürtünmeyi azaltıcı madde olarak da kullanılıyor.

KARBON NANOTÜPLER

Karbonun tüp şeklinde yapı oluşturabileceği, ilk defa 1991 yılında, Lijima tarafından, deneysel olarak farkedildi. Grafitten "arc-discharge" buharlaştırma yöntemiyle elde edilen tüpler, Grafit plakasının kıvrılarak silindir şekline gelmesiyle içi boş boru halini alıyor.

Karbon nanotüpler, geometrilerine bağlı olarak yarı-iletken ve metalik özellik gösterirler. Hiç bir katkı maddesi olmaksızın, nanotüpün, geometrik parametrelerinin değiştirilmesiyle, elektronik özellikleri de değiştirebilir. Tüplerin elektronik uygulamalarda, önemli bir yeri vardır. Çok esnek ve sağlamdırlar.

Fullerene adı verilen futbol topu biçimindeki karbon molekülleri, nanotüp bilgisayarlar alanında yeni bir devrim başlattı.

Küçük çaplı (yaklaşık 1-2 nanometre) tüplerden oluşturulmuş bir demeti, koparabilmek için uygulanan çekme kuvveti, yaklaşık 36 gigapaskaldır. Buna göre, nanotüp fiberler, gerilmeye karşı en sağlam malzeme özelliğini taşımaktadır.

Nanotüp yapıda, Grafit plakalarında olduğu gibi sadece altıgen şekiller bulunuyor.

Düzgün Karbon nanotüp yapılarda, atomlar, birbirleri ile sp2 şeklinde (Grafit plakada olduğu gibi) bağlanıyor. Atomlar sadece altıgen geometri oluşturuyor ve her atomun sadece üç komşusu bulunuyor. Karbon tüplerin, makroskopik büyüklüklerde oluşmaları mümkün ise de, bunlar çok kırılgandır. Ancak nanometre boyutlarına sahip tüpler, çok esnek ve sağlamdır.

NANOTÜPLERİN KULLANIMI  

Karbon nanotüplerin, elektronik malzeme olarak manyetik ve optik nanoaygıt yapımında; ayrıca hafıza elemanı, kapasitör, transistor, diyot, mantık devresi ve elektronik anahtar yapımında kullanım alanları bulunuyor. Bunların yanında Karbon nanotüpler, bilinen en sağlam malzeme olma özelliğine sahiptir. Hasarsız bir Karbon nanotüp, kendi ağırlığının 300 milyon katı bir ağırlığa dayanabilecek sağlamlıktadır. Bu sağlamlıkta başka bir malzeme yoktur. Karbon nanofiberler, çok geniş yüzey alanına sahiptir. Nanofiberin kütlesiyle alanı arasındaki oran, normal malzemelere göre çok büyüktür. Örneğin kütlesi 1 gr. olan bir Karbon nanotüp fiberin alanı, 300 m2 yi bulabiliyor.

Karbon nanotüp fiberlerin bu özelliği sayesinde, nanometre düzeyinde süper kapasitörler; dolayısıyla da yapay kas üretimi mümkün olabilecek. Hidrojen depolamaya da olanak sağlayan geniş yüzey alanı, Karbon nanotüp fiberleri, potansiyel enerji depolama malzemesi haline getiriyor.

KARBON NANO ÇUBUKLAR

Çubuklar, içi tamamen veya kısmen dolu tüp yapılardan oluşuyor. İç içe geçmiş Karbon tüplerinde(çok duvarlı tüplerde), iki tüp arasındaki uzaklık, genellikle tüpü oluşturan Karbon atomları arasındaki bağ uzaklığından fazladır. Eğer iç içe geçmiş tüplerde, tüplerin duvarları arasındaki uzaklık, Karbon atomlarının bağ yapmalarına olanak verecek kadar azsa (< 0.15 nm), Karbon atomları birbirleriyle (sp3 gibi), bağlanıyor. Başka bir deyişle, her Karbon atomunun, dört bağlı komşusu bulunuyor. Bu durumda oluşan çok duvarlı tüp yapısına, çubuk deniyor. Bu yapıların esnekliği, tüplere göre daha azdır. Ayrıca tek duvarlı tüplerden farklı mekanik ve elektronik özellikler gösterirler.

HASSAS(HİSSEDEN) TEKNOLOJİ 

Hisseden teknoloji, Karbon nanotüp ağı üzerine kurulmuş bir nanoelektronik tespit platformudur. Birbirinden ayrı  bir veya iki  tespit elemanına sahip ince bir tespit çipi içerir. Tespit elemanlarının  her biri, özel  hedefi (analizi yapılacak madde) çözümlemek için bağımsız olarak fonksiyonel haldedir. Karbon nanotüplerin kendine has özellikleri ve nano-yapı tescilli üretim tekniklerinin geliştirdiği bu cihaz, az enerji tüketimine sahip,boyutu küçük ve yüksek hassasiyete sahip bir cihazdır.

Nanotüp ağlardan oluşmuş, nanoelektronik tespit aleti

Bu teknoloji, nano yapıların ayrı ayrı yönlendirilmesi yerine, Karbon nanotüplerin gelişi güzel ağ kurmasından faydalanır. Aygıt, analizi yapılacak madde ile etkileşime girer ve gerçekleşen değişimleri elektronik simgelerle izlenecek hale dönüştürür. Karbon nanotüpler, ' özgünlük, hassasiyet ,dinamikler ve sınıflandırma' gibi pek çok karakteristik özellikleri ortaya çıkarabilmek için, çok değişik kimyasal tanıma yöntemleri kullanılarak fonksiyonel hale getirilirler.

Öncelikle, karbon nanotüp ağının, silikon yüzeye entegre edilmesiyle işe başlanır. Metal elektrotlar, bir tespit aygıtı oluşturabilmek için bağlanırlar. Nanotüplerin yüzeyleri, kimyasal tanımada kullanılır. Bu kimyasal tanıma özelliği, çok geniş ve özel hassasiyete sahip analiz olanağı tanır.

SONUÇ

Grafitin, bal peteğini andıran Karbon nanotüpleri; elektrik iletkenliği, esneklik, saydamlık ve dayanıklılık gibi özellikleri olan mükemmel bir yapıdadır. Karbon nanotüpleri, o kadar küçüktür ki, bunların trilyonlarcası bir araya getirilerek, geniş çelik yüzey veya ip gibi işe yarar bir nesne yapılabilmektedir. Dayanıklılık, esneklik gibi fizikî ve kimyevî özellikleri yanında; dış veya iç cidarlarının, atom veya molekülleri soğuracak özellikler taşıması, Karbon nanotüplerini daha kullanışlı hâle getirmektedir.

Karbon nanotüpleri kullanılarak üretilen levhalar; ışık yayan organik ekran, gürültüsüz elektronik sensor, sentetik kas ve yüzeylerde desen oluşturma gibi birçok alanda kullanılabilecektir. Uzun bir nanotüpte, suyun farklı davranışlar sergilediği ve sıfırın altındaki sıcaklıkta dahi donmadığı ortaya çıkarılmıştır. Benzer olay, doğal bir şekilde; bitkinin kılcal köklerinden bitkiye su taşınırken gerçekleşmektedir.

Yine Karbon nanotüpleri kullanılarak, su içindeki nano ölçekteki mikropları ve petrolden de ağır hidrokarbonları ayrıştıran bir filtre geliştirilmiştir. Tamamen nanotüpler kullanılarak geliştirilen filtre, silindirik yapı korunarak gerçekleştirilmiştir. Karbon silindirik nanotüp kullanımı, filtreleri, dayanıklı ve kolayca temizlenir kılmaktadır.

Araştırmacılar, nanoelektro-mekanik cihazları, virüsleri ortaya çıkarmak üzere kullanmaya başlamışlardır. Nanotel alan-etki transistörü ile, grip virüsü gözlenebilmiştir. Onlarca virüsü  aynı anda  algılayabilecek cihazlar, geliştirilmeye çalışılmaktadır.

Aysel Kargıoğlu
yaklasansaat.com

12/2006

Kaynaklar:
1) Şakir Erkoç(ODTU Fizik Bölümü), "Karbon Nanoyapılar", Bilim ve Teknik, Ocak 2001.
2) Bilim ve Teknik, Eylül 2002.
3) ipt.arc.nasa.gov
4) nano. com
5) mkn.itu.edu.com
6) gapdogukalkınma.com                                                                                                                                    


Untitled Document
ys@yaklasansaat.com

ana sayfa| evren| gezegenler| dünyamiz| dinler| eski kavimler| cin-şeytanlar| haberler| yorum-analiz| seslendirmeler| videolar| site haritası| iletişim| forum| ys kitapları

Bu sitedeki yazı, resim ve dökümanlar, kaynak gösterilmeden yayınlanamaz.