Yusuf Ozer

7/25/2019 Yusuf Ozer

1/218

T.C.

KARA HARP OKULU

SAVUNMA BLMLERENSTTS

TEKNOLOJYNETMANA BLM DALI

NANOBLM VE NANOTEKNOLOJ: LKE GVENL/

ETKNLAISINDAN DORU MODELN BELRLENMES

YKSEK LSANS TEZ

Hazrlayan

Hv.sth.Yzb.Yusuf ZER

Tez Danman

Prof. Dr. Ziya Burhanettin GVEN

ANKARA - 2008


2/218


3/218

TEZ TANITIM FORMU

TEZN TARH:14.03.2008

TEZN TP:Yksek Lisans Tezi

TEZN BALII:Nanobilim ve Nanoteknoloji: lke Gvenlii / Etkinlii

Asndan Doru Modelin Belirlenmesi.

TEZN YAPILDII BRM:Kara Harp Okulu Savunma Bilimleri Enstits

Teknoloji Ynetimi Ana Bilim Dal.

SPONSOR KURULU:-

DAITIM LSTES: Kara Harp Okulu Savunma Bilimleri Enstits Tez

Hazrlama, Onay, Datm ve Muhafaza Esaslar Klavuzunda belirtilen

yerlere.

TEZN ZET: Bu aratrma, 21nci yzyla damgasn vuracak olan

nanobilim ve nanoteknoloji hakknda ayrntl bilgiler sunmak, gelimilkeler

tarafndan yaplan nanoteknoloji almalarn ve bu lkelerde oluturulan

aratrma yaplarn ortaya koymak, Trk Silahl Kuvvetleri (TSK) bata olmak

zere savunma alannda yer alan tm birimlerde nanoteknolojinin getireceiavantaj ve riskler hakknda farkndalk yaratmak ve lkemizde henz bireysel

seviyede srdrlen nanoteknoloji aratrmalarnn sektrel bazda

kmelemi bir ekilde srdrlmesi iin oluturulmas gereken ulusal

aratrma yapsna ynelik nerilerde bulunmak maksadyla yaplmtr.

ANAHTAR KELMELER:Nano, Nanobilim, Nanoteknoloji, Nanomhendislik,

Nanomalzeme, Nanoaygt, Nanoparack, Nanosensr, Kmelenme.

SAYFA SAYISI:197

GZLLK DERECES:Tasnif D


4/218

T.C.

KARA HARP OKULU





YKSEK LSANS TEZ

Hazrlayan


Tez Danman

Prof. Dr. Ziya Burhanettin GVEN

ANKARA - 2008


5/218


6/218

i

TEEKKR

Bu almamda engin tecrbeleri ile bana yol gsteren, ok youn

almalar arasnda zaman ayran, deerli yardm ve nerilerini esirgemeyen

tez danmanm ankaya niversitesi Rektr Prof.Dr.Ziya BurhanettinGVENe; Yksek Lisans Program sresince her trl konuda destek

salayan ve kendisinden gelecekte meslek hayatm ynlendirecek tecrbeler

kazandm Teknoloji Ynetimi Ana Bilim Dal Bakan Y.Mh.Alb. Bekir

KAZANDIRa; alma sresince desteklerini hi esirgemeyen Prof.Dr.

Ahmet AYHAN, Yrd.Do.Dr.Alb.Nejat BASIM, Hv.Y.Mh.Bnb.Refik ALTAY ve

Bn.Glcan DEMRCye; almada deerli fikirlerini benimle paylaan

E.Alb.Ali BARAN, Sn.Ali AKURGAL ve Sn.Dr. Erol ZENSOYa; bana Trk

Silahl Kuvvetlerinin gzide eitim kurumlarndan biri olan Kara Harp Okulu

Savunma Bilimleri Enstitsnde eitim frsatn tanyan Trk Hava Kuvvetleri

Komutanlna ve eitim aamasnda her trl destei salayan Hava

Kuvvetleri stihbarat Bakanlndaki tm sral komutanlarma ve alma

arkadalarma, ayrca Kara Harp Okulu Komutan Tmgeneral Tevfik

ZKILI bata olmak zere Savunma Bilimleri Enstits Mdr

Prof.Dr.Y.Mh.Alb. Taner ALTUNOK ve tm sral komutanlarma

teekkrlerimi sunmay bir bor bilirim.

Eitim sresince manevi destek ve sevgilerini hi eksik etmeyen ve

byk fedakarlklarda bulunan eim Esin ve biricik kzm Glin Birsuya

sonsuz sevgilerimi sunarm.


7/218

ii

T.C.

KARA HARP OKULU



ANKARA 2008



YKSEK LSANS TEZ


ZET

Bu alma, 21nci yzyln devrimsel teknolojisi olarak grlen ve

gelecekte toplumlar zerinde olumlu veya olumsuz etkileri olaca dnlen

Nanobilim ve Nanoteknoloji (N&N) hakknda ayrntl bilgi salamak, TrkSilahl Kuvvetleri (TSK) bata olmak zere savunma alannda yer alan tm

birimlerde bu konuda farkndalk yaratmak ve ulusal apta bir yaplanma

modeli nermek maksadyla yaplmtr.

Dnyada zellikle savunma alannda ok nemli ve ok gizli

nanoteknoloji almalar yaplmaktadr. Bu almalar, ulusal bazda

oluturulan nanoteknoloji inisiyatifleri altnda, niversite/aratrma kurumlar-

devlet ve sanayinin yer ald sektrel kmelenmeler eklinde

srdrlmektedir. Ancak lkemizde henz ok yeni olan bu almalarn

bireysel dzeyde gerekletirildii grlmektedir. Bireysel dzeyde yaplan

almalarla, niversite/aratrma kurumlar-sanayi-devlet lemesini

kapsayan kmelenmiyapya sahip lkelere kar rekabet edebilmek olduka

zor olacaktr.


8/218

iii

Bu gr nda tez almasnda; niversite/aratrma kurumlar,

sanayi ve TSK baznda yaplan grmeler neticesinde ortaya kan sonular

ve dnyadaki yaplanma modelleri analiz edilmi ve lkemizde

nanoteknolojinin gelimesi asndan uygun ve oluturulmasnn yararl

olaca deerlendirilen ulusal nanoteknoloji yaplanma modeli nerilmitir.

nerilen model de; ulusal bazda nanoteknoloji almalarn koordine

edecek bir Nanoteknoloji Koordinasyon Merkezi (NaKoMer), bu merkeze

danmanlk yapmak zere alannda uzman ve yksek gizlilik kleransna

sahip bilim adamlar ve sektr temsilcilerinin yer ald Uzman Danma

Kurulu ile niversite ve sanayi sektr bnyesinde oluturulan aratrma

merkezlerini kapsayan bir yapnn ilevi deerlendirilmitir.

Anahtar Kelimeler: Nano, Nanobilim, Nanoteknoloji, Nanomhendislik,

Nanomalzeme, Nanoaygt, Nanoparack, Nanosensr, Kmelenme,

Nanokmeler

Tez Yneticisi:Prof. Dr. Ziya Burhanettin GVEN

Sayfa Says:197


9/218

iv

T.C.

TURKISH MILITARY ACADEMY

DEFENSE SCIENCE INSTITUTE

DEPARTMENT OF TECHNOLOGY MANAGEMENT

ANKARA 2008

NANOSCIENCE AND NANOTECHNOLOGY: DETERMINATION

OF EFFECTIVE MODEL FROM THE PERSPECTIVE OF

EFFICIENCY / SECURITY OF HOMELAND

MASTER THESIS


ABSTRACT

This paper aims at creating awareness for Turkish Armed Forces and

all agencies which take place in defence sector, proposing a nation wide

structuring model and providing detailed information regarding nano-scienceand nano-technology (N&N) which is seen as the technology of the 21st

century and will impress communities positive or negative.

There are top-secret nano-technology researches especially with

regard to the defence field, in the world. Such researches are run by groups

of sectors which universities/research foundations, state and industry take

part under nano-technology initiatives. It is observed in our country that such

researches are performed at an individual stage. However, individual stage

researches can barely compete with the countries which of those perform

such researches via groups that include universities/research foundations,

state and industry trio.


10/218

v

A nationwide nano-technology structuring model which is considered

to be appropriate in order to develop nanotechnology in our country has

been, therefore, proposed as a result of the interviews made with

universities/research foundations, state, industry and Turkish Armed Forces

and analysis of the global structuring models.

It is evaluated that it will be appropriate to establish Nano-

Technology Coordination Center that will coordinate the nanotechnology

researches at a nationwide level, a Consultation Committee that will provide

consultancy and is composed of scientists who has the clearance of

experience and secrecy and research centers which are formed under

universities and industrial sectors.

Keywords: Nano, Nanoscience, Nanotechnology, Nanoengineering,

Nanomaterials, Nanodevices, Nanoparticules, Nanosensor, Nanoscale,

Clusters, Nanoclusters

Advisor:Prof. Dr. Ziya Burhanettin GVEN

Number of Pages: 197


11/218

vi

NDEKLER

Teekkr...................................................................................................... i

zet............................................................................................................ ii

Abstract ..................................................................................................... iv

indekiler .................................................................................................. vi

Tablolar Listesi ........................................................................................... x

ekiller Listesi ...........................................................................................xii

Ksaltmalar Listesi ....................................................................................xiv

Giri ............................................................................................................1

BRNCBLM

TEKNOLOJYE GENEL BAKI

1. GR......................................................................................................5

2. TEKNOLOJNN TANIMI .......................................................................6

3. KLASK TEKNOLOJLERDEN YKSEK TEKNOLOJLERE GE......8

4.GELECEN TEKNOLOJLERVE SAVUNMA TEKNOLOJLERNE

ETKLER ...................................................................................................9

KNCBLM

TEKNOLOJK DEVRM: NANO-BLM, NANO-MHENDSLK ve NANO-

TEKNOLOJNEDR ?

1. NANO-BLM, NANO-MHENDSLK VE NANO-TEKNOLOJNEDR?

.................................................................................................................14

2. NANOTEKNOLOJNN TARHSEL GELM ......................................20

3. NANOTEKNOLOJNN BLMSEL YAKLAIMLARI.............................23

a. Yukardan-Aaya ( Top-Down) Yaklam.......................................24

b. Aadan-Yukarya ( Bottom-Up) Yaklam ......................................25


12/218

vii

4. NANOTEKNOLOJDE KULLANILAN ARALAR .................................26

a. Elektron Mikroskoplar .......................................................................27

b.Tarama Ulu Mikroskoplar .................................................................29

NC BLM

NANOTEKNOLOJNN POTANSYEL ARATIRMA VE UYGULAMA

ALANLARI VE AVANTAJLARI

1.GR ....................................................................................................32

2. NANOTEKNOLOJNN POTANSYEL ARATIRMA VE UYGULAMA

ALANLARI................................................................................................34

a. Nanomalzemeler................................................................................34

b. Elektronik ve Biliim Teknolojileri.......................................................43

c. Salk ve la Sektr ........................................................................47

. Enerji ve evre Sektr .....................................................................52

d. Ulam Sektr ..................................................................................56

e. naat Sektr....................................................................................58

f. Gda ve Tarm Sektr........................................................................59

g. Tekstil Sektr...................................................................................61

. Havaclk ve Uzay Sektr.................................................................63

h. Savunma Sektr ..............................................................................64

. Geliimlerin Zamana Gre Muhtemel Sras.......................................67

DRDNC BLM

NANO-TEKNOLOJNN POTANSYEL RSKLER, SOSYAL ve EVRESEL

ETKLERVE STANDARTLAR

1. GR....................................................................................................71

2. NANOTEKNOLOJNN POTANSYEL RSKLER ................................71


13/218

viii

3. NANOTEKNOLOJNN SOSYAL ETKLERVE STANDARTLARI.......82

a. Nanoteknolojinin Sosyal Etkileri.........................................................82

b. Nanoteknoloji Standartlar..................................................................84

BENCBLM

DNYADA NANOTEKNOLOJYAPILANMALARI

1.GR ....................................................................................................88

2.DNYADA NANOTEKNOLOJYAPILANMALARI VE LKE RNEKLER

.................................................................................................................95

a. Amerika Birleik Devletleri ................................................................95

(1) Ulusal Nanoteknoloji nisiyatifi ..................................................... 95

(2) Savunma Bakanlnn Nanoteknoloji AR-GE Yaklamlar ...... 105

(3) Askeri Nanoteknoloji Enstits .................................................. 107

b.Japonya ............................................................................................109

c. Almanya...........................................................................................114

. in Halk Cumhuriyeti .......................................................................121

e. Gney Kore......................................................................................127

ALTINCI BLM

NANOTEKNOLOJNN LKEMZ, SAVUNMA SANAYve TRK SLAHLI

KUVVETLER(TSK)NDEKDURUMU

1. TRKYENN NANOTEKNOLOJYAPILANMASI.............................132

2. DNYADA SAVUNMA ALANINDAKMEVCUT NANOTEKNOLOJ

GELMELERVE NGRLER.......................................................... 138

3. TSK N NANOTEKNOLOJNGRLER .................................... 150

a. Kara Kuvvetleri Komutanl ............................................................152

b. Deniz Kuvvetleri Komutanl...........................................................157


14/218

ix

c. Hava Kuvvetleri Komutanl............................................................161

YEDNCBLM

SONU VE NERLER

1. SONU .............................................................................................. 167

2.NERLER..........................................................................................174

a. Nanoteknoloji Aratrma Yaps Model nerisi ................................174

b. Ulusal Alanda neriler.....................................................................180

c. Savunma Alannda neriler.............................................................184

. Aratrmaclara neriler...................................................................185

KAYNAKA........................................................................................... 187


15/218

x

TABLOLAR LSTES

Sayfa

Tablo-1: nemli Teknolojik Bulular zerine Grler ................................. 7

Tablo 2: Gelecekte nem Kazanacak Bilim ve Teknoloji Alanlar ...............10

Tablo-3: Karbon Nanotpn Dier Malzemelerle Karlatrlmas..............38

Tablo-4: Ticari Alanda Kullanlan Nanoparacklar ve Kullanm alanlar ......42

Tablo-5: Nanoteknolojinin 2015 Yl ncesi ve Sonras iin Kullanm Alanlar

......................................................................................................................44

Tablo-6 : Tp Alanndaki Nanoteknolojik Beklentiler ....................................51

Tablo-7: Nanoteknolojinin Potansiyel Ekonomik Etkileri ..............................70

Tablo-8: Nanoteknolojinin Yarataca Potansiyel Askeri Riskler .................75

Tablo-9: ISO/TC 229 Katlm ve Gzlemci lke Listesi ...............................86

Tablo-10: 2004 yl Nanoteknoloji AR-GE Harcamalar ...............................89

Tablo-11: 1997-2008 Yllar Aras Nanoteknoloji Harcamalar ve ngrler

......................................................................................................................91

Tablo-12: lkelerin Odaklandklar Nanoteknoloji AR-GE Alanlar ..............94

Tablo-13: UNBnyesinde Bulunan Hkmet Kurum ve Kurulular ..........97

Tablo-14: UNKatlmc Birimleri Tarafndan Planlanan Nanoteknoloji

Faaliyetleri ....................................................................................................99

Tablo-15: UNnin Yatrmlarna Katkda Bulunan Kurum ve Kurulular ....100

Tablo-16: Nanoteknoloji Mkemmelliyet Merkezleri ve Alar ...................103

Tablo-17: Ksa, Orta ve Uzun Vadede Odaklanlmas Gereken Nanoteknoloji

AR-GE Alanlar ..........................................................................................104

Tablo-18: 2008 Mali Yl Btesi in Desteklenen AR-GE Faaliyetleri ......104

Tablo-19: ABD Savunma Bakanlnn Nanoteknoloji Yatrmlar ..............106


16/218

xi

Tablo-20: ABD Savunma Bakanlna Bal Kurumlarn Nanoteknoloji

Yatrmlar ...................................................................................................106

Tablo-21: BMBF Proje Destekleri Nanoteknoloji Harcamalar ...................115

Tablo-22: Almanya Nanoteknoloji Yetenek Merkezleri ..............................118

Tablo-23: Almanyada Nanoteknoloji AR-GE almas erisinde Yer Alan

Birimler........................................................................................................120

Tablo-24: inin Orta ve Uzun Dnem AR-GE Harcama Hedefleri ...........121

Tablo-25: lkelerin Nanobilim&Nanoteknoloji Yayn Saylar ....................132

Tablo-26: Kara Kuvvetleri Komutanl Modernizasyon almalar ve

Potansiyel Nanoteknoloji Uygulamalar ......................................................154

Tablo-27: Deniz Kuvvetleri Komutanl Modernizasyon almalar ve

Potansiyel Nanoteknoloji Uygulamalar ......................................................160

Tablo-28: Hava Kuvvetleri Komutanl Modernizasyon almalar ve

Potansiyel Nanoteknoloji Uygulamalar ..................................................... 165


17/218

xii

EKLLER LSTES

Sayfa

ekil-1:Teknoloji Kavramnn Temel Bileenleri .......................................... 6

ekil-2:Deiik Uzunluk lleri ................................................................15

ekil-3:Nanoteknolojinin Drt Evresi ..........................................................18

ekil-4:Nanoteknolojinin Geliim Evresi .....................................................20

ekil-5:rn Tanmlamalarnda Kullanlan Nanomalzeme Miktarlar .........42

ekil-6:1999-2003 Yllarn Kapsayan Nanoteknoloji Pazar Paylar ...........68

ekil-7:1999-2003 Dnya Pazar ve 2015 in ngrler ..........................68

ekil-8:Nanoparacklarn nsan Vcudu zerindeki Yaylmlar ...............77

ekil-9:Environmental Defence-DuPont Nano Risk ats .........................80

ekil-10:Nanoteknoloji Pazar ngrs ....................................................92

ekil-11:lkelerin Ulusal Nanoteknoloji nisiyatifleri KuruluTarihleri ........92

ekil-12:UNOrganizasyon emas ...........................................................96

ekil-13:Japonya Bilim ve Teknoloji Organizasyon emas .....................110

ekil-14:Japonya Nanoteknoloji AR-GE Organizasyon emas ..............111

ekil-15:Almanya Nanoteknoloji Kamu Kaynaklar ..................................116

ekil-16:Aratrma Personelinin Grev Yaptklar Alanlarn Dalm .......125

ekil-17: Aratrma Alanlar Dalm .......................................................126

ekil-18:G.Kore Nanoteknoloji Geliim Hedefleri ....................................128

ekil-19:G.Kore Nanoteknoloji Yol Haritas...............................................130

ekil-20:G.Kore Nanoteknoloji Geliimleri ...............................................131

ekil-21:Asker Merkezli Meydana Gelecek Gelimeler ............................141

ekil-22:Kara Silahlarna Ynelik Gelimeler ...........................................144


18/218

xiii

ekil-23:Deniz Kuvvetleri Aralarna Ynelik Gelimeler .........................147

ekil-24:Havaclk Alanndaki Gelimeler .................................................148

ekil-25:Nanoteknolojinin Hava Kuvvetlerine Salayaca Potansiyel

Avantajlar....................................................................................................149

ekil-26: Ulusal Bazda Nanoteknoloji Alannda Aratrma Yaps..............176

ekil-27: Sektrel Bazda Nanoteknoloji Aratrma Sreci rnei ............. 179


19/218

xiv

KISALTMALAR LSTES

AEM : Analitik Elektron Mikroskobu

AIST : Advanced Industrial Science and Technology

AKM : Atomik Kuvvet Mikroskobu

AR-GE : Aratrma ve Gelitirme

BIS : Bureau of Industry and Security

BMBF : Alman Federal Eitim ve Aratrma Bakanl(Bundesministerium fr Bildung und Forschung)

BMWA : Ekonomi ve alma Bakanl (Bundesministerium frWirtschaft und Arbeit)

BTWC : Biological and Toxin Weapons Convention

C4ISR Command, Control, Communications, Computers,Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance

CAS : Chinese Academy of Sciences

CBAN : Consultative Boards for Advancing Nanotechnology

CBDP : Chemical and Biological Defense Program

CPSC : Consumer Product Safety Commission

CSTP : Council For Science and Technology Policy

CT : Committee on Technology

CWC : Chemical Weapons Convention

DARPA : Defense Advanced Research Projects Agency

DDR&E : Defense Research and Engineering

DOD : Department of Defence

EPA : Environmental Protection Agency

EM : letim Elektron Mikroskobu


20/218

xv

ISN : Institude for Soldier Nanotechnologies

IWGN : Interagency Working Group On Nanotechnology

JNIOSH : National Institute of Occupational Safety and Health, Japan

JSPS : The Japan Society For The Promotion of Science

JST : The Japan Science and Technology Agency

METI : Ministry of Economy, Trade and Industry

MEXT : Ministry of Education, Culture, Sports, Science andTechnology

MHLW : Ministry of Health, Labor and Welfare

MIT : Massachusetts Institute of Technology

MOST : Ministry of Science and Technology

N&N : Nanobilim ve Nanoteknoloji

NaKoMer : Nanoteknoloji Koordinasyon Merkezi

NAR-GE Nanoteknoloji Aratrma ve Gelitirme

NBCI Nanotechnology Business Creation Initiative

NEDO : New Energy and Industrial Technology DevelopmentOrganization

NEHI : Nanotechnology Environmental and Health Implications

NIES : National Institute for Environmental Studies

NIH : National Health Institude

NIHS : National Institute of Health Sciences

NIMS : National Institute for Materials Science

NIOSH : National Institute for Occupational Safety and Health

NIST : National Institude of Standarts and Technology


21/218

xvi

nm : Nanometre

NNAP : National Nanotechnology Advisory Panel

NNCO : National Nanotechnology Coordination Office

NNI : National Nanotechnology Institude

NNSFC : National Natural Science Foundation of China

NRC : National Research Council

NSET : Nanoscale Science, Engineering and Technology

NSF : National Science Foundation

NSP : Nanotechnology Support Project

NSTC : National Science and Technology Council

NTPT : Nanotechnology Project Team

OECD : Organisation for Economic Co-operation and Development

OSTM : Ortadou Sanayi ve Ticaret Merkezi

OSTP : Office of Science and Technology Policy

PCAST : Presidents Committee of Advisers on Science andTechnology

RIKEN : Institude of Physical and Chemical Research

TAG : Technical Advisory Group

TEM : Taramal Elektron Mikroskobu

TTM : Tarama Tnel Mikroskobu

TUM : Tarama Ulu Mikroskoplar

UN : Ulusal Nanoteknoloji Enstits

USPTO : U.S. Patent and Trademark Office


22/218

1

GR

nsanlk tarihi kadar eski olan teknoloji kavram, her geen gn

ortaya kan deiimler ile toplumlar derinden etkilemeye devam etmektedir.

zellikle son zamanlarda teknoloji byk bir hzla gelimekte olup bireysel vetoplumsal bazda bu geliimleri takip etmek olduka zorlamaktadr. Bu

gelimeler erevesinde Nanobilim ve Nanoteknoloji (N&N), 21nci yzyla

damgasn vuracak olan nemli bir teknolojik alan olarak grlmektedir.

Nanobilim, malzemelerin atomik, molekler ve makromolekler

lekte dzenlenmesi hakknda yaplan alma, nanoteknoloji ise maddenin,

1 atom ile 100 molekl ap arasnda (1-100 nm) kontrol, yeniden

yaplandrlmas ve bilinli olarak ilenmesiyle daha gelimi ve tmyle

deimi materyaller, aralar ve sistemler elde etmek olarak

tanmlanmaktadr. N&N ile geleneksel rnler, yerlerini minyatr, akll, uzun

mrl ve hafif rnlere brakacaklardr. N&N, gelecekte toplumlar zerinde

enerji, elektronik, alglama, veri iletiimi vb. teknolojilerde nemli avantajlar

salarken ayn zamanda kendi kendini kopyalayan sistemler yaratma zellii

ile de yokedici ve ykc bir zellik tayacaktr.

N&N, farkl disiplinlerden oluan bir bilim dal ve teknolojik alandr. Bu

balamda, Malzeme Bilimi, Matematik, Fizik, Kimya, Biyoloji, Eczaclk, Tp,

Bilgisayar ve Elektronik bilimleri gibi bir ok akademik evreden aratrmac,

nanoteknoloji AR-GE almalar altnda bir araya gelerek sinerji

yaratmaktadrlar. Yaratlan bu sinerji erevesinde, 2015 ylnda N&N

alannda alan kii saysnn yaklak iki milyon olaca ngrlmektedir.

Bunun neticesinde nanoteknolojideki gelimelere paralel olarak geleneksel i

sahalarnn yerine yeni isahalar olumaya balayacaktr.

N&Nnin nemini kavrayan ve gelecein bu teknolojik alanda var

olacan gren gelimi lkeler buna ynelik nemli ve gizli AR-GE

almalar balatmlardr. Hlihazrda piyasada ok fazla rn olmamasna


23/218

2

ramen 2015 ylnda nanoteknoloji rnlerinin yaklak 1 Trilyon Dolar

olaca ngrs, lkeleri bu alanda yatrmlarn artrmaya yneltmitir.

Dnyada birok lke, ABD tarafndan 2000 ylnda oluturulan Ulusal

Nanoteknoloji nisiyatifininden sonra kendi nanoteknoloji yaplanmalarnoluturmaya balamlardr. Bu yaplanmalar, genel olarak niversite, sanayi

ve devlet kurumlarnn yer ald kmelenmeler eklinde gerekletirilmitir.

Dnyada bu gelimeler olurken lkemizde henz nanoteknoloji aratrma

yapsna ynelik herhangi bir alma balatlmamtr. Trkiyede

nanoteknoloji almalar, niversitelerin kendi bnyelerinde oluturduklar

aratrma merkezleri ile eitli aratrma kurumlar tarafndan bireysel olarak

srdrlmektedir. Ancak, bireysel bazda srdrlen aratrmalar ile

kmelemi bir yapya sahip lkelere kar rekabet edebilmek olduka zor

olacaktr.

Bu tez almasnda; gelimi lkelerin oluturduklar ulusal

nanoteknoloji yaplanmalar incelenerek lkemiz iin gerekli olduu

dnlen bir yaplanma modeli nerilmitir. Bunun yannda dnyada

nanoteknoloji alannda yaplan almalar ve ngrler ile TBTAK Vizyon

2023 stratejisi erevesinde, TSK tarafndan kuvvet baznda

younlalmasnn uygun olaca deerlendirilen nanoteknoloji alanlar

belirtilmitir.

Trkiyede nanoteknolojinin ok yeni bir aratrma alan olmas

nedeniyle eitli dergilerde yer alan baz makaleler haricinde ok az sayda

Trke kaynak dokman bulunmaktadr. Bu tez almasnn, zellikle ulusal

nanoteknoloji stratejileri zerine alma yapacak olan aratrmaclara detayl

bir kaynak dokman olmas ve zellikle savunma alannda yer alankurumlarmzda nanoteknolojinin nemi hakknda farkndalk yaratmas

beklenmektedir.

Tezin birinci blmnde; teknolojiye genel bir bak yaplm,

teknolojinin tanm ve tarihsel geliimi anlatlmtr.Gelecein teknolojilerinin


24/218

3

savunma alanna yapaca potansiyel etkiler belirtilerek yksek teknoloji

alanlar hakknda bilgi verilmitir.

Tezin ikinci blmnde; teknolojik bir devrim olarak grlen ve 21nci

yzyla damgasn vuracak olan nanobilim, nanomhendislik ve nanoteknolojiile ilgili tanmlamalar yaplm, nanobilim ve nanoteknolojinin tarihsel geliimi

anlatlmtr. Bunun yansra nanoteknolojinin bilimsel yaklamlar analiz

edilerek aratrmalarda kullanlan aralar hakknda ayrntl bilgi verilmitir.

Tezin nc blmnde; nanoteknolojinin potansiyel aratrma ve

uygulama alanlar ile potansiyel avantajlar sektrel bazda incelenmi,

dnyada eitli aratrma kurumlar tarafndan yaplan ngrler

erevesinde gelecekte ortaya kmas muhtemel geliimler zamana gre

analiz edilmitir.

Tezin drdnc blmnde; dnyada zerinde olduka kapsaml

aratrmalar yaplan ancak lkemizde halihazrda bu konuda ok az alma

bulunan; nanoteknolojinin potansiyel riskleri, sosyal ve evresel etkileri ile

nanoteknoloji standartlar aklanmtr.

Tezin beinci blmnde; nanoteknoloji alannda nemli AR-GE

almalar balatan ABD, Japonya, Almanya, in Halk Cumhuriyeti ve

G.Korenin nanoteknoloji AR-GE almalar ve ulusal nanoteknoloji

aratrma yaplar incelenerek analiz edilmitir.

Tezin altnc blmnde; nanoteknolojinin savunma alanna

getirecei potansiyel etkiler incelenmi, TSKnn halihazrda kuvvet baznda

srdrm olduu modernizasyon almalarnda, nanoteknolojinin nasl biretki salayabilecei analiz edilmive TSK tarafndan nanoteknolojinin hangi

alanlarna younlalmas gerektii zerine deerlendirmeler yaplmtr.

Tezin yedinci blmnde; lke apnda zellikle savunma alannda

faaliyet gsteren irket st dzey yetkilileri, niversitelerde de konu ile ilgili


25/218

4

almalar yapan aratrmaclar ve TSK mensuplar ile yaplan grmeler

neticesinde ortaya kan sonular analiz edilmi, yaplan tm ngrler ve

dier lke almalar da gz nne alnarak Trkiye iin ulusal bazda

nanoteknoloji alannda aratrma yaps nerilmitir. Bunun yansra, ulusal

ve savunma apnda alnmas gereken tedbirlere ynelik neriler sunulmuve bu konuda alma yapacak aratrmaclar iin tavsiyelerde

bulunulmutur.


26/218

BRNCBLM

TEKNOLOJYE GENEL BAKI

1. GR

nsanolu ilk alardan itibaren varln srdrebilmek iin gerekli

tm yollar aratrm, eitli keifler yaparak kendisini evresel artlara kar

korumaya almtr.Yrtc hayvanlara kar gelitirdii keskin aletler bu

keiflerin banda gelmektedir. Mteakiben ate ve barutu icat ederek silah

yapmay renmive modern teknolojiye ilk admn atmtr. Doa ve yrtc

hayvanlarla mcadele hrs, insan baka keiflere doru itmi ve bununneticesinde bugnn modern teknolojileri yaratlmtr

Gnmzde teknolojinin en son ulat nokta, sahip olana byk

g salayan bilgi ve iletiimi ieren biliim teknolojileridir. Biliim teknolojileri

ile birlikte bilgi toplumu ve bilgi a kavramlar da gnlk hayatta ska

kullanlmaya balanmtr. Bilgi toplumu, bilimsel dnceleri uygulamaya

geiren toplumlar olarak tanmlanrken, bir baka tanmda bilgi toplumu iin;

sanayi tesi toplum, postmodernizm ve sibernetik kapitalizm kavramlar

kullanlmtr (Tonta,1999).

nsanolunun gnmze dek srdrd modernleme

mcadelesi, Avc/Toplayc Dnem, Tarm Dnemi, Endstri Dnemi, Bilgi

a Dnemi ve Nano/Molekler a olarak adlandrlan dnemler halinde

gereklemitir (Baykara,2006). Sz konusu dnemler arasnda yaanan

geisreleri, bu dnemlerde ortaya kan yeni teknolojik geliimler ile hzkazanmtr. Bilgi anda salanan ilerlemenin toplumlar zerindeki

etkisinden sonra yeni ortaya kacak farkl teknolojik geliimler, toplumsal

seviyede yeni anlay ve deiimleri de beraberinde getirecektir. inde

bulunduumuz bilgi a dnemi, yerini yava yava nano ve molekler

teknolojinin etkin olaca bir dneme brakmaya balamtr.


27/218

6

2. TEKNOLOJNN TANIMI

Teknoloji kelimesi, yunanca teknologia kelimesinden

gelmektedir. Kelime olarak incelendiinde; t-tehnikos ustalk, teknik

olarak ilem yapma, o-logia ise sanat, bilim, bilgi, beceri anlamlarnagelmektedir (Ayhan,2002). Bu balamda teknoloji, ksaca sistemli bir ekilde

ilem yapma bilim ve sanat olarak tanmlanmaktadr.

Teknoloji terimi konusunda kabul edilmi genel bir tanm

olmamakla birlikte, rnlere ve retim srelerine uygulanan bilgi ve beceri

eklinde basit bir tanm doru bir yaklam olacaktr. Baykara (2006)

teknolojiyi; genelde endstriyel srelerde kullanlan ancak bunun yannda

hemen hemen tm etkinliklere uyarlanabilen ve her trl retim maddesinin

elde edilebilmesi iin kullanlan bilgi btn, olarak tanmlarken, Ayhan

(2002) ticari bir deer elde etmek iin gerekletirilen bilimsel uygulamalar

eklinde tanmlamtr.

Teknolojinin oluumu ve geliimi iin gerekli temel bileenler, know-

how, teknikler, bilimsel prensipler, donanm ve organizasyon kavramlarndan

olumaktadr (Erdal, 2003) (ekil-1)

ekil-1:Teknoloji Kavramnn Temel Bileenleri (Erdal, 2003)

Teknoloji

Know-How

Teknikler

Bilimsel Prensipler

Donanm

Organizasyon

lme

Aratrma

Uygulama

Donanm Unsurlar

Yap

Sistemler


28/218

7

Bnyesinde birok bilim daln barndran teknoloji kavram, lkelerin

gelimilik seviyelerinin belirlenmesi ve toplumlarn refah dzeylerinin

artrlmas ynnde nemli bir stratejik g haline gelmitir. Ancak, bu

stratejik g, lke ve toplumlar iin eitli faydalar salarken potansiyel

riskleri de beraberinde getirmektedir. Teknolojik geliimler genellikletoplumlarn yarar iin kullanlsa da, yaam olumsuz etkileyen birok

niteliklere de sahip olduu gzard edilmemelidir. rnein, otomobil

insanolu iin byk kolaylk salarken dier taraftan evreyi ve doay

kirletmekte, cep telefonlar anlk iletiim iin byk nem kazanrken ayn

zamanda insan saln tehdit etmektedir.

Teknolojinin geliiminde, sadece icatlar ve gereksinimler deil ayn

zamanda merak ve yksek hayal gcde etkili olmutur. Bugn herkes iin

zorunlu bir ihtiya haline gelen otomobiller, o dnemde ciddi krizler

neticesinde deil, tamamyla hayal gcne dayanmbir elence arac olarak

gelitirilmitir. Otomobile duyulan ihtiya daha sonraki dnemlerde ortaya

kmtr (Basalla; 1988,eviri Cem Soydemir; 1996). Gnmze kadar var

olan ve insanolu zerinde byk etkiler brakan teknoloji bulularndan

hangisinin daha nemli olduu ynnde ortak bir gr bulunmamaktadr.

Tarihte ortaya kan en nemli teknolojik bulu, Tablo-1de belirtildii zere

uzmanlar ve bilim adamlarnn ahsi grlerine gre deimektedir. Ancak

teknolojik gelimelere bir btn olarak bakldnda, en nemli ve toplumlar

zerinde kkl deiimler yapan bulular arasnda; tekerlein, kadn,

elektriin, elektromanyetik dalgann, matbaann, telgrafn, buharl makinann

ve bilgisayarn gelitirilmesi dikkat ekmektedir.

Tablo-1:nemli Teknolojik Bulular zerine Grler ( Ayhan,2002)

S/N Bulu

1 Matbaa ve Basm2 Ayna3 Elektrik Motorunun Kullanlmaya Balamas4 Telekomnikasyon Teknolojisinin Optik Telgrafla Balamas, Telefon ve Cep

Telefonuna Uzanan Sre5 Tarmsal retimi Balatan Saban


29/218

8

6 Otto Von Guerickenin Statik Elektrik Makinas7 Organize Bilim: Bilimsel Dergi ve Yaynlarn Basm8 Elektriin Kullanlmas ve Elektrik I9 Aspirin10 Btn Fen Bilimleri, Iktisat ve Matematiin kurulmas11 Havaclk Teknolojileri ve Uzay Yolculuu

12 niversitelerin Kurulmas13 Kuantum Teorisi14 Televizyon15 lalarn retilmesi16 Genetik Dizi Analizi ve Genetik Mhendislii17 Tanabilen Enerji Paketi Batarya18 Silah19 nternet20 Atom Bombas21 Fiziksel ve Psikolojik BuluOlarak Mzik22 Kimyada Destilasyon Sreci23 Tpta Anestezi Uygulamalarn Balamas24 Kat retimi

25 klim Modellemesinde Bilgisayarlarn Kullanlmas26 Savalarda nemli Yer Tutan Atlarn Evcilletirilmesi

27Gzlk, Teleskop, Mikroskop ve Birok Analiz Cihaznn GeliirilmesiniSalayan Mercekler

28 Diferansiyel ve Integral Hesaplar29 Bilgisayarlarn Ilk Prototipi Olan Universal Turing Makinesi ve Bilgisayar,30 Transistr retimi31 Hibirey

Tarihte ki nemli bulular, bireysel abalar ve tesadfi gelimeler

neticesinde ortaya kmtr. Ancak teknolojide ki gelimeler, niversiteler ve

akademiler vastasyla salanan bilimsel almalarla elde edilmitir. lkeltarm, modern tarm ve sanayiden sonra toplumsal gelime safhasnn

sonuncusu olan bilgi ana, biliim teknolojilerindeki telgraf, telefon, teleks

ve internet vastasyla salanan bilgi ak ve paylam neticesinde

eriilmitir.

3. KLASK TEKNOLOJLERDEN YKSEK TEKNOLOJLERE GE

nsanolu tarafndan gelitirilen her yeni teknoloji, kendisinden bir

nceki teknolojinin etkisini yitirmesine veya neminin azalmasna yol

amtr. Bundan dolay lkeler yatrmlarn, bir sonraki teknoloji zerine

kaydrmaya balamlar ve bu yeni teknolojiler sayesinde stnlk salamay

hedeflemilerdir. Yeni teknolojilere sahip olma istei, gnn artlarna gre

srekli bir deiim gsteren yksek teknoloji kavramn ortaya karmtr.


30/218

9

20nci yzylda ortaya kan ve halihazrda etkisini srdren biliim

teknolojileri yksek teknoloji olarak nitelendirilirken, 21nci yzylda ise

biyoteknoloji ve nanoteknoloji yksek teknoloji snf ierisinde yer almaya

balamlardr.

Yksek teknoloji, insanolu tarafndan gelitirilmi sistemleri ve

aralar ifade etmekte olup daha fazla bilgi ve daha youn bir teknolojik

altyapya sahiptir. Gemiin tm bilgi birikiminin bir rndr. Yar iletkenler,

bilgisayarlar, elektronik cihazlar ve biliim teknolojileri, 20nci yzyln en hzl

gelien teknoloji youn endstriyel sektrleri ve sanayi dallar olmutur.

Yksek teknoloji kavram, 1960l yllarda bilgisayar, tp ve malzeme

alanlarndaki gelimeler, 1970li yllarda ok fonksiyonlu ve kk hacimli

donanmlarn kullanm ve endstriyel alanda teknoloji gelitirme ile 1980li

yllardan itibaren elektronik cihazlarn pazara sunulmas safhalar olmak

zere ana dnemi kapsamaktadr.

Yksek teknoloji, gnmzde teknoloji alannda varlan en son nokta

olarak grlmektedir. Herhangi bir teknolojinin yksek teknoloji snfna girip

girmediini anlamak iin retimin deiik safhalarn incelemek

gerekmektedir. zkan(2006), yksek teknolojinin klasik ya da eski teknolojiye

gre daha az retim girdisi kullanarak retim yaplmasna imkn verdiini

belirtmektedir.

4.GELECEN TEKNOLOJLER VE SAVUNMA TEKNOLOJLERNE

ETKLER

nmzdeki dnem ierisinde teknolojide meydana gelecek yeni

gelimeler, toplumlar ve lkeler zerinde nceki teknolojik gelimelerdeolduu gibi olumlu ve olumsuz etkiler yaratmaya devam edecektir. Bu etkiler,

bireysel dzeyden balayarak lkelerin ekonomik, politik, kltrel alanlar ile

toplumsal dzeyde birok deiimi de beraberinde getirecektir. Son

zamanlardaki geliimler gznne alndnda biliim teknolojileri, biyo ve


31/218

10

nanoteknolojinin nmzdeki dnemlerde etkisini gstermesi

beklenmektedir.

Teknolojinin hzla deitii ve gelitii gnmzde bir sonraki

teknolojik gelimenin ne olaca konusunda Tablo-2de belirtildii ekildebirok ngr almas yaplmtr. Bu ngrler ile gelecein teknolojileri

tahmin edilmeye allmaktadr. ngrler nda gelimi lkeler

tarafndan potansiyel yeni teknolojilere ynelik nemli AR-GE almalar

balatlmtr. Gelecekte teknoloji alannda AR-GE almas yapan ve bu

almalar rne dntren lkelerle, bahsedilen teknolojik almalar

yapmayan lkeler arasnda nemli g ayrlklar ve her alanda byk

uurumlarn oluaca tahmin edilmektedir.

Tablo 2:Gelecekte nem Kazanacak Bilim ve Teknoloji Alanlar(Baykara, 2006)

Bilim&Teknoloji Alan ngr&Strateji almas

BiyoteknolojiMilenium Project ( UN)Global Trends 2015/Scenarios 2025Strategic FuturesEmerging Thematic Priorities

Nanoteknoloji Milenium Project ( UN)Strategic FuturesEmerging Thematic Priorities

Biliim TeknolojileriGlobal Trends 2015/Scenarios 2025Strategic FuturesEmerging Thematic Priorities

Yeni Enerji Kaynaklar Strategic FuturesEmerging Thematic Priorities

Kavrama ( cognitive) bilimleri/yapayzeka/bilgi ynetimi

Milenium Project ( UN)Strategic Futures

Yeni&leri MalzemelerGlobal Trends 2015/Scenarios 2025Milenium Project ( UN)

Yenilenebilir&Geri dnebilirmalzemeler

Strategic FuturesEmerging Thematic Priorities

Kuantum Bilgisayarlar/kuantumhaberleme

Milenium Project ( UN)

Uzay bilimleri aratrmalar Milenium Project ( UN)Teknoloji bileim ile yeni ve nc alanlar Global Trends 2015/Scenarios 2025Karmak sistemler,kaoskavram,karmaklk Emerging Thematic Priorities


32/218

11

Teknolojinin insan hayatn olumlu etkilemesinin yannda terr,

iddet, atma ve sorunlu uluslararas ilikiler yaratmasda beklenmektedir.

zellikle terr odaklarnca teknolojik imkanlara ulamn kolay olmas, bu

konudaki kayg ve endieleri artrmaktadr. Buna bal olarak nmzdeki

dnem ierisinde zellikle savunma ve gvenlik teknolojilerinde de nemlilde gelimeler beklenmektedir.

Son zamanlarda hzla yaylan terrizm ve asimetrik tehditler, lke

gvenliinin salanmasna ynelik alnacak nlemlerin artrlmasna neden

olmutur. Ancak klasik gvenlik nlemleri, stn teknolojiye sahip dmana

kar etkili olmamaya balamtr. zellikle bilim ve teknolojilerde yaanan

deiimler, savunma ve taarruz kavramlarn kkten deitirmitir.

Teknolojide ki geliimlere paralel olarak ulusal savunma kavram yerini

kresel savunmaya brakmtr. Ulusal savunmadan kresel savunmaya

geisreci beraberinde savunma harcamalarna ynelik art da getirmitir.

Savunma harcamalarnda ki art, teknolojilerin hem askeri hemde sivil

alanda kullanlmak zere ift kullanml olarak retilmesi gereini ortaya

karmtr.

ift kullanm kavram, savunma maksatl retilen ve gelitirilen

teknolojilerin daha sonra sivil amalarla kullanlmaya balamas zerine

ortaya atlmtr (Akay, 2006). ift kullanmn en ak rnei havaclk

alannda yaanan gelimelerdir. Sivil havaclk teknolojilerinin birou aslnda

savunma teknolojisi kaynakldr. Modern bilgisayar teknolojileri de ncelikle

savunma amal gelitirilmidaha sonra sivil kullanmda yaygnlamtr.

Teknoloji retmek bir lke ve toplumun gelecei asndan olduka

nemlidir. Ord.Prof.Dr. Cahit Arf, Bilim ve onun rn olan teknolojiyiretmeyen toplumlar bamszlklarn, dolaysyla mutluluklarn yitirirler

diyerek teknoloji gelitirmenin nemini belirtmitir (Ziylan, 2004). Sadece

teknoloji transferi yaparak savunma sanayisini glendirmek dmana kar

stn olma ynnde yeterli olmayacaktr. Teknolojinin retilmesi ana ama

olmaldr. Baka lkelerin rettii silahlarla savamann, o lkeye baml


33/218

12

hale gelmek olduu gnmzdeki birok rnekle ispat edilmitir (Ziylan,

2004, Akay, 2006).

Savunma teknolojileri konusunda yaplan ngrlere gre; 2010lu

yllarda meydana gelecek teknolojik geliimler, yeni ve teknoloji tabanl savakavramlarn beraberinde getirecektir. Bu kavramlarn zellikle AR-GE tabanl

gelimelere bal olaca deerlendirilmektedir. Savunma sanayisindeki AR-

GE almalarnn ok uzun zaman almasndan dolay, az gelimi

lkelerdeki karar vericiler, savunma teknolojilerini bir baka lkeden tedarik

etme yoluna gitmeyi semektedirler. Ancak, nmzdeki dnemde zellikle

nanoteknoloji gibi devrimsel teknolojilerin her alanda etkili olaca ve lkenin

geleceini tmyle deitirebilecei gznne alndnda, teknolojiye sahip

olmann nemi daha da ok anlalacaktr.

Gnmzdeki yerel ve kresel atmalar dikkate alndnda,

savunma alanndaki beklentiler, etkili ve srekli bir C4ISR sistemlerinin

varlna ve silah sistemlerinin menzil, dayankllk, hafiflik, hz, grnmezlik

ve minyatrleme zelliklerine dayanmaktadr. Saylan bu zelliklerin hemen

hemen tm, halihazrdaki gelimeler erevesinde gzlemlenebilirken,

kk olabilmeleri de minyatrleme ve gelecein devrimsel teknolojisi olan

nanoteknoloji sayesinde gerekleecektir.

21nci yzylda, lkeler aras teknolojik uurumu daha da artracak

yeni bir teknoloji ortaya kmaya balamtr. Nanoteknoloji olarak

isimlendirilen bu yeni teknoloji geliimi, nanolek seviyelerinde atom ve

molekllerin ilenmesi ile yeni teknolojik rnlere olduka nemli etkiler ve

zellikler kazandracaktr. Aslnda doada var olup insanolunun doay taklit

ederek yaratmaya alt bu teknoloji, bilim ve teknoloji alanlar arasndasavunma sektrnn de dahil olduu bir ok alanda etkisini gsterecektir.

Nanoteknoloji devriminin insanln yakn geleceinde yarataca

olumlu ve olumsuz deiiklikler ayrntl bir biimde tahmin edilememekle

birlikte, nmzdeki 20 yl ierisinde toplumlar zerinde byk etkiler


34/218

13

brakacak ve nanoteknolojiye hazr lkelerle hazr olmayan lkeler arasndaki

farklar byk lde artacaktr. nsanolunun geleceinde byk bir yer

kaplayacak olan nanoteknolojinin nemini, GVEN (2007a) yle

belirtmektedir:

Yksek teknolojiye ve ekonomik gce sahip olmak ulusal gvenliin

teminatdr. Bu kapsamda lke gvenliinin tam olarak salanabilmesi iin gelecein

teknolojisi olan nanoteknoloji iin milli seferberlik ilan edilmelidir. Aksi takdirde

nanoan karacaz. Bunun neticesinde de lkemizi ve halkmzn saln

koruyamayacaz."


35/218

KNCBLM

TEKNOLOJK DEVRM: NANO-BLM, NANO-MHENDSLK ve NANO-

TEKNOLOJNEDR ?

1. NANOBLM, NANOMHENDSLK VE NANOTEKNOLOJNEDR?

Nanoteknolojinin ortaya k, geliimi ve toplumsal bir nem

kazanmas ile birlikte nanobilim, nanomhendislik ve nanoteknolojiye ynelik

eitli tanmlar yaplmaya balanmtr. Bilim adamlar ve aratrmaclar

tarafndan yaplan bu tanmlamalar erevesinde ortaya kan ortak gr,

nanobilim ve nanoteknolojinin atomik ve molekler seviyede ilem yaptynnde birlemektedir.

Nanobilim, Malzemelerin atomik, molekler ve makromolekler

lekte maniplasyonu ve fenomenleri hakknda yaplan alma olarak

tanmlanmaktadr (Royal Society,2004). Nanomhendislik ise, boyutlu

malzeme, cihaz ve sistem mimarisi, tp, enerji transferi ve dnm, byk

lek atomik modelleme ve simlasyon, evresel gvenlik ve nanolek

dzeyinde retim gibi konularla uraan mhendislik alan olarak

tanmlanmtr (Roco,2005a).

Nanoteknoloji, yunanca cce anlam veren Nano ve Teknologia

kelimelerinden olumaktadr. Nano, kelime olarak herhangi bir fiziki

bykln bir milyarda biri anlamnda kullanlmaktadr. 1 nm kavram, 5-6

atomun yanyana dizilmesiyle elde edilecek bir boyuta karlk gelmektedir.

Nanoyaplar ise yaklak 10-1000 kadar atomu ieren atom topaklarndanolumaktadr. Nanoteknoloji, metrenin bir milyarda biri olan nanometre

leinde boyutlarla ilgilenen, maddenin atom seviyesinde ilenmesiyle daha

gelimi ve tmyle deimi malzemeler, aralar ve sistemler elde etmeyi

hedefleyen bir teknolojik alandr. Bu tanma ynelik en gzel rnek, ayn

atomlardan olumasna ramen, atomlarn dzenlenmesi ile farkl maddeler


36/218

15

olarak ortaya kan elmas ve maden kmrdr. Doada meydana gelen bu

dzenleme erevesinde nanoteknoloji, farkl maddeleri atom seviyesinde

ileyerek yeni maddeler elde edilmesine olanak salamaktadr.

ABD Patent Ofisi (USPTO) Nanoteknoloji, aratrma ve gelitirme,nanolek yaplarn kontrol altnda retim, ileme ve maniplasyonu ile

onlarn daha byk bileenlere, sistemlere ve mimari yaplara

entegrasyonunu ierir. (Hunt ve Mehta,2006) eklinde bir tanmlama

yaparken, NASA Nanometre leindeki (1-100 nm) maddelerin kontrol ve

ilenmesi ile ok fonksiyonlu malzemeler, cihazlar ve sistemlerin yaratlmas

ve bu lekte yeni zelliklerin ( fiziksel, kimyasal , biyolojik, mekaniksel,

elektriksel vb.) elde edilmesi olarak tanmlamtr (NASA [web],2007). ABD

Ulusal Nanoteknoloji nisiyatifi Ba Danman Dr.Mihail C.Roco ise

nanoteknolojiyi Maddenin, 1 atom ile 100 molekl ap arasnda (1-100 nm )

arasnda bir nanlek seviyesinde kontrol ve yeniden yaplandrlmas

olarak tanmlamtr (ISO Focus Dergisi, 2007).

Nanoteknoloji ksaca, atom ve molekllerin bir araya getirilmesi ile

nanometre leklerde ilevli yaplarn oluturulmas eklinde zetlenmektedir.

Nanometrenin byklnn daha iyi anlalmas amacyla ekil-2de deiik

uzunluk lleri gsterilmitir.

ekil-2:Deiik Uzunluk lleri ( Roco, 2005a)

10-2m10-3m10-4 m10-5 m10-6 m10-7 m10-8 m10-9 m10-10 m

0.1 nm 1cm1mm102m101 m100 nm10 nm1nm

Nanodnya Mikrodnya

X In Ultraviyol

GrnrMikrodalga

MEMS Aygt~10-100 m

Sateli ~10-50mAlyuvar ~2-5mDNA ~2 nm apAtom

Toplu ne ~1-2 mmNanotpTransistr

Karnca ~5mm

Karbon Nanotp~ 2 nm ap


37/218

16

ekil-2de grld zere, 1 nanometre (nm) lei, metrenin

milyarda biri, dier bir deyile 10-9 metre uzunluuna sahiptir. Atomlarn

byklnn yaklak 0.1 nanometre, insan sa kalnlnn ise yaklak

80.000 nanometre olduu gznne alndnda, nanoteknolojinin ura

alanlarnn atom ve molekler dzeylerde olduu grlmektedir. Bu grlernda, nanobilim ve nanoteknolojinin hedefinin, nanolek seviyesinde

sistem ve malzemeler tasarlamak, retmek, eitli zelliklere sahip nano-

ebatlarda cihazlar yapmak ve tm bu retilenleri gnlk yaamn her

evresinde kullanlr hale getirmek olduunu syleyebiliriz.

Bayndr (2006), henz gelime safhasnda olan nanoteknolojinin

yeni bir teknolojik devrim olarak alglanmas gerektiini ve meydana

getirecei sonular dolaysyla kresel ekonomiyi derinden etkileme

potansiyeline sahip olduunu belirtmektedir. Bu yeni teknolojinin nemini

kavrayan ABD, Rusya, Japonya ve Almanya gibi gelimilkeler ile Avrupa

Birlii, kamu kaynaklarndan nanoteknolojiye ok byk miktarda kaynak

ayrmlardr. 2006 ylnda ABD; 1.3 Milyar Dolar, Avrupa Birlii; 1.150 Milyar

Dolar ve Japonya; 980 milyon dolar ile nanoteknoloji AR-GE almalar

ierisinde yer almlardr. Rusya ise, 2015 ylna kadar nanoteknoloji

almalarna 7 milyar dolarlk bir yatrm yapacan belirtmitir.

Nanolein daha iyi anlalabilmesi iin maddenin yapta olan

atomun apnn rnek olarak ele alnmas doru bir yaklam olacaktr. Doal

olarak olumuatomlarn en kklerinden biri olan hidrojen atomunun ap

yaklak 0,1nm dzeyindedir. Atomlar, kendi aralarnda balar oluturarak

kimyasal bileenlerin en kk paras olan moleklleri meydana

getirmektedirler. Molekller de, yaamn temel birimi olan hcreleri

oluturmaktadr. 30 atomun bir araya gelmesiyle oluan bir molekl, sadece

1 nm apnda bir bykle sahiptir. nsan hcrelerinin bykl ise 3.000

ile 200.000 nm arasnda deimektedir.

Nanoteknoloji almalarnda 100 nmden daha kk llerdeki

malzemelerin dzenlenmesi ile doada var olan temel yaptalarn lsnde


38/218

17

malzemeler ve aletler gelitirilmesi hedeflenmitir. Nanolein snr ls

olan 100 nm, zel baz malzeme zelliklerinin grlmeye baland l

olup, nanolek snrlarndaki bu zellikler olduka farkl karakteristikler

tamaktadr. Bu lekteki yaplar kontrol edilmeye balandnda, o

maddenin zellikleri deitirilebilecek ve halihazrda mevcut birok malzeme,aygt ve cihazlar deiik fonksiyonlarla yeniden ekillenecektir. Herhangi bir

yapya bir atom eklenmesi ile iletkenliinin deimesi bunun en ak

rneidir.

Molekler veya nano lekte kullanlabilecek aygt ve aletleri retme

fikri, bilim adamlarn nanoteknoloji zerine alma yapmaya itmitir. Bilim

adamlar bu aletleri, doada var olan canl organizmalar rnek alarak, kendi

kendini kopyalayabilecek ekilde yapmay planlamlardr. Belirli koullar

altnda kendi kendini kopyalayabilen nanoyaplar sayesinde olaanst

gelimeler yaanaca ngrlrken, bunun insanoluna getirecei olumsuz

etkiler konusunda phelerde ortaya kmaya balamtr.

Nanoteknolojiyi, yapc, yokedici ve disiplinler aras bir bilim dal

olarak ta tanmlamak mmkndr. Yapc teknolojiler, elektrik, internet, ara

motorlar gibi toplum zerinde byk etkisi olan ve nceden tahmin

edilemeyen teknolojilerdir. Nanoteknoloji bu kapsamda yapc teknolojiler

snf ierisine girmektedir. Yokedici teknolojiler ise, eski teknolojileri ve

mevcut rnleri radikal bir biimde deitirerek onlarn yerini alan

teknolojilerdir. Bu teknolojiler, ayrca daha nce grlmeyen tamamen yeni

rnleri de iermektedir. Nanoteknolojinin, 2020 yl sonrasnda kendi kendini

kopyalayan robotlar retmesi ile birlikte, insanolunun dnyadaki rolnn

azalaca gznne alndnda yokedici bir zellik tayaca aka

grlmektedir.

Nanoteknoloji, farkl disiplinlerden oluan bir teknolojik alandr. Bu

yeni teknoloji, Malzeme Bilimi, Matematik, Fizik, Kimya, Biyoloji, Eczaclk ve

Tp, Bilgisayar, Elektronik bilimleri gibi bir ok akademik evreden insan bir


39/218

18

YeniAr-GE

Tartmalar

1nci : Pasif Nanoyaplar ( Birinci Kuak rnler)rnek: Kaplamalar, Nanoparacklar, Nanoyapl

metaller,Polimerler,Seramikler2 nci : Aktif Nanoyaplarrnek: boyutlu transistrler, Ykselticiler,Hedefe lalar, Uyarlamal

Yaplar, Uyrarc mekanizmalar

3 nc : Nanosistem Sistemlerirnek: Gdml Bileimler; boyutlu alar ve yeni hiyerarik

mimariler,Robotlar, Evrimsel

4 nc : Molekler Nanosistemlerrnek: Molekler Cihazlar,Atomik Dizayn, Deiik Fonksiyonlar

~2010

~20152020

~2005

~2000

araya toplamaktadr.Nanoteknolojide dier teknolojik yaklamlarn aksine

disiplinler aras ayrlklar ok fazlasyla belirgin deildir ( Arnall, 2003).

Nanoteknoloji rnlerinin, retimi ve kontrol iin halihazrdaki

kapasitesinin 2020 ylna rn ve sre olarak drt ana evrede ortayakaca tahmin edilmektedir ( Roco,2005a) (ekil-3). Bu evreler; 2000-

2005 yllarn kapsayan pasif nanoyaplar, 2005-2010 yllarn kapsayacak

aktif nanoyaplar, 2010-2015 yllarn kapsayacak boyutlu nanosistem

sistemleri ve 2015-2020 yllarn kapsayacak molekler nanosistemler olarak

sralanmaktadr.

ekil-3:Nanoteknolojinin Drt Evresi (Roco, 2005a)

Pasif nanoyaplar (~2000) evresinde rnler, nanotp ve

nanokatmanlar ieren nanomalzemelerin pasif zelliklerinden

yararlanmaktadr. rnek olarak; titanyum dioksit, mortesi nlar absorbe

etmesi ve yanstmas sebebiyle genellikle gne kremlerinde kullanlmakta

olup nanoparacklara blndnde effaf bir zellik kazanmakta ve

geleneksel kremlerdeki beyaz grnty yok etmektedir. Karbon nanotplerin

ise elik ile karlatrldnda, ok daha hafif ve ok daha salam bir

zellie sahip olduu grlmektedir. Karbon nanotp ieren tenis raketleri,

ilave bir arlk gerektirmeden ok daha dayankl ve sert bir zellie

kavumaktadr. Dier yandan nanolekli malzemelerle kaplanan iplikler,


40/218

19

kyafetlerin uzun mrl olmasn, krkla ve lekeye kar direnli hale

gelmesini salamaktadr.

20052010 yllar arasnda gereklemesi ngrlen ikinci evrede;

aktif nanoyaplar kullanm esnasnda durumlarn deitirmektedirler. Bubalamda; kanser tedavisinde etkin olarak kullanlmas planlanan

nanoparacklar, salam hcrelere zarar vermeden sadece kanser

hcrelerine ynelik ila datm yapabilecek, inaat malzemeleri ierisine

gml nanosensrler ise, malzeme gerilmesini hissederek o malzemenin

onarlmasn salayabileceklerdir.

Nanosistem sistemleri (2010-2015) evresinde, nanoaletler nihai

hedeflerine ulamak iin birlikte alacaklardr. Burada en nemli husus, a

ierisinde birlikte alacak olan ana bileenleri bir araya getirmek olacaktr.

Bu balamda, proteinler ve virslerin birlikte kk bir pili oluturabilecekleri

ve kk nanoelektomeknik cihazlarn kanser hcrelerini tespit ederek tekrar

remelerine engel olabilecekleri ngrlmektedir.

Molekler nanosistemler (2015-2020) evresi, akll molekler ve

atomik cihazlarn ortaya kmaya balayaca bir evre olacaktr. Bu evrede,tm doa ve insan yapm malzemelerin sahip olduklar temel yap bloklar

zerinde benzersiz bir kontrol salanabilecektir. Ancak bu evre halihazrda

bulank bir grnt arzetmektedir. Bu evrede aratrmalar k-madde

etkileimi, insan-makina arayzleri ve molekllerin dizayn iin atomik

manipulasyonlar zerine gerekleecektir.

Saxton (2007), yukarda belirtilen evrelere ilave olarak 2020nin

tesini kapsayan Tek olma evresini de nermektedir. Bu evrede,toplumlarn bugnk toplumlardan tamamen farkl bir durumda olaca ve

akll robotlarn insanlarn yerini almaya balayaca ngrlmektedir.

Roco (2007), 2000 ylnda bilim ve teknolojilerde tam olarak bir

yaknlama gerekletiini ve bu aamadan sonra nanolek seviyesinde


41/218

20

0.1 nm1 nm10 nm0.1 m1 m

10 m0.1 mm1 mm1 cm01 m

Nanolekkanunlarnn

KullanmBiyolojik PrensiplerBiliim teknolojisi

Entegrasyon bilgisi

1940 1960 1980 2000 20402020 21nci Yzyl

RobotlarBiyomimetik

GdmldzenlemeDevrimsel

Nano-DnyayaUlam

Sistem Yaratma

Kesien B&T Kesien Tek. Farkl Sistemler

Makro

Mikro

Nano

Yukardan Aa

Aadan Yukar

Zaman

sistemlerin gelitirilmeye balayacan belirtmitir. ekil-4de belirtildii

zere, 2000 ylndan itibaren sistem gelitirmeye ynelik almalar hz

kazanarak devam etmive hala devam etmektedir. 2020 ylndan itibaren ise

gdml molekler ve makromolekler dzenlemeler, robotlar, biyonik

yaplar ve devrimsel yaklamlar gibi yeni sistem mimarileri oluturulmayabalanacaktr.

ekil-4:Nanoteknolojinin Geliim Evresi ( Roco, 2007)

Son beyl ierisinde nanolek aratrma alanlar, aktif nanoyaplar

ve nanosistemler, ila alannda molekler ve biyolojik sistemleri, elektronik ve

ileri malzemelerin temel paradigmalarn deitirecek entegre nanoteknoloji

uygulamalarna ynelmitir. Bu yeni mimari yaplar; daha kk bilgisayar vetransistrler, kanser ve kronik hastalklar tedavi yntemleri, yapay organlar,

elektronik kat ve renk deitiren elbiseler ile hammadde ve enerji tasarrufu

iin klasik endstriyel srelerin deimesi olarak gsterilmektedir. Yaplacak

AR-GE almalar ile, nanoyaplar ve malzemelerin davranlar arasndaki

etkileimler ve canl sistemlerin temel yaptalarnn karakteristikleri

renilebilecektir.

2. NANOTEKNOLOJNN TARHSEL GELM

Nanoteknoloji, yaklak son on ylda ortaya atlan bir kavram olmakla

birlikte, dnyada konu ile ilgili 1950li yllardan beri ok youn aratrmalar

yaplmaya balanmtr. Nanometre birimi ile llen boyutlara sahip bu yeni

teknolojinin, mevcut teknolojik kazanmlar ok daha ileri dzeylere


42/218

21

tayaca ngrlmektedir. Mevcut teknolojiler, maddelerin bilinen fiziksel

zelliklerini konu almakla birlikte, nanoboyutlara inildiinde kuantum etkisi

diye adlandrlan ve malzemenin bykl ile deien yeni zellikler ortaya

kmaktadr.

Maddelerin minyatrletirilmesi kavram, nl fiziki Richard P.

Feynman (1918-1988) tarafndan ortaya atlmtr. Feynman, kuantum

elektrodinamii sahasnda yapm olduu almalarla, 1965 ylnda Fizik

Nobel dln kazanmtr. Feynman tarafndan 29 Kasm 1959da,

Amerikan Fizikiler Cemiyeti yllk toplantsnda Theres Plenty of Room at

the Bottom- An Invitation to Enter a New Field of Physics; Aada ok Yer

Var: Fiziin Yeni Bir Sahasna Davet bal altnda yaplan konuma,

nanobilim ve nanoteknoloji ann balang noktas olarak kabul

edilmektedir. Feynman, gelecekte pek ok atomun istenilen ekilde

dzenlenebilecei ngrsn yapm, Britanica Ansiklopedisinin tamamnn

bir inenin ucu kadar kltlebileceini, yaplmas gereken tek eyin

ansiklopedi de yazan tm yazlar 25.000 kez kltmek olduunu belirtmitir.

Feynman ayrca, dnyada o ana kadar elde edilmi olan tm bilgilerin, 35

sayfada toplanabileceini iddia etmitir (Feynman,[web],1960).

Feynman konumasnda; atom ve molekler boyutta retim

yaplabilirse birok yeni keiflerin yaplabileceini, bu kapsamda ncelikle

nanolekte zel lme ve retim yntemlerinin gelitirilmesi gerektiini

belirtmitir. Feynman, gelimi mikroskoplar ve yeni retim metotlar gibi

gnmz nanoteknolojisinin nemli etmenlerinin gelitirilmesi ynnde

ngrlerde bulunmu, doal yaamdan rnekler vererek ok kk bir

hacme ne kadar ok fonksiyon ve bilginin sdrlabileceini gstermitir.

Feynman, kk yaplarn retilmesinden salanacak avantajlar rnekler

vererek aklarken, 2000'li yllara gelindiinde insanlar geriye dnp

baktklarnda, 1960l yllara kadar hi kimsenin bu ynde neden ciddi bir

alma yapmadklarn merak edecekler diyerek konunun ne denli nem

arzettiini belirtmitir.


43/218

22

Nanoteknoloji, 1970 yllarn sonunda gelecein anahtar teknolojileri

arasnda grlmeye balanmtr. Nanoteknoloji terim olarak ilk defa Japon

bilim adam Norio Taniguchinin Nanoteknolojinin Temel Konsepti zerine

(On the Basic Concept of Nanotechnology) adl makalesinde kullanlmtr.

Feynmann ngr ieren hipotezleri K. Eric Drexlerin 1986da yaymlanan Engines of Creation: The coming Era of Nanotechnology-Motorlarn

Yaratl: Nanoteknolojinin Yaklaan a isimli kitabnda daha iyi

anlalmaya balanmtr (Hunt ve Mehta, 2006 ). Drexler, atomlarla, canl

hcrelerden ok daha kk, mevcut makinalardan ok daha gl ve hafif

ve kendi kendini kopyalayan nanolek seviyesinde makinalar

retilebileceini iddia etmitir ( Drexler,1986 ).

1975 ylnda, ABD Ulusal Bilim Vakf tarafndan mikron seviyesinin

altndaki yaplar iin niversite tabanl aratrma ve gelitirme tesisleri

kurulmas nerisini ileri srlmtr. Bu konuda Massachussett Teknoloji

Enstits (MIT), Berkeley, Cornell niversiteleri bata olmak zere birok

niversite, alma yapmak zere mevcut tesislerini (temiz odalar,

mikroretim tesisleri vb) gelitirmeye balamlardr. Szkonusu bu

niversiteler, mikron-alt konularda daha fazla renci yetitirilmesi ynnde

blmler ve kurslar amlar, bu konuda yksek lisans-doktora seviyesinde

renci yetitirmilerdir (Uldrich ve Newberry, 2005).

1981 ylnda Heinrich Rohrer ve Gerd Karl Binning tarafndan,

elektron mikroskobuyla grlemeyen atom paracklarn 2000 kez bytme

zellii bulunan ve atomik lekte znrlk salayan Tarama Tnel

Mikroskobu kefedilmitir. Mteakiben 1986 ylnda; G.Binnig, C.F.Quate ve

Ch.Gerber, Atomik Kuvvet Mikroskopunu kefetmilerdir. Heinrich Rohrer ve

Gerd Karl Binning, Tarama Tnel Mikroskobunun kefi sebebiyle fizik

alannda Nobel dl kazanmlardr.

1989 ylnda IBMde teorik kimyac olan ve molekler elektronikle

ilgilenen Ari Aviram, mikroretim ve molekler elektronik alanlarnda

uzmanlarn biraraya geldii yllk konferanslar serisini balatmtr. Bu


44/218

23

konferanslar sayesinde toplumda nanoteknoloji farkndal yaratlmaya

balanmtr. 1990 ylnda ise, IBMde alan Don Eigler ve Erhard

Schweizer isimli bilim adamlar, 35 Xenon atomunu ileyerek nikel bir yzeye

IBM logosunu yazmlardr. Bu logonun cmle sonuna konulan nokta

iaretinin kaplad alana yaklak 350 milyon kez sabilecei aklanmtr.

1991 yl ierisinde Japon aratrmac Sumio Lijima, 1985 ylnda

kefedilen karbon nanotpleri retmitir. Ayrca 1986 ylnda kefedilen

Atomik Kuvvet Mikroskopu (AFM) ilk kez canl hcreler zerinde kullanlm,

antikorlarn etkileri ve canl alyuvarlarn tuzluluk deiimleri gzlemlenmitir.

2000 yl, ABD ve nanoteknolojinin gelecei asndan nemli bir yl

olmutur. Nanoteknoloji konusunda nemli bir adm olarak nitelendirilen

Ulusal Nanoteknoloji nisiyatifi dnemin ABD Bakan Bill Clintonun

direktifleriyle oluturulmutur. Bu tarihten itibaren dnyada birok lke kendi

inisiyatiflerini oluturmaya balamlardr. 2002 ylnda, askeri alanda

nanoteknoloji rnleri retmek maksadyla Massachusetts Teknoloji

Enstits bnyesinde Askeri Nanoteknoloji Enstits kurulmutur

(Roco,2007).

2006 ylnda ise, kansere kar ila datm iin nanoparacklar

kullanlarak vcudun belirli blgelerine mdahele etme yetenei

gelitirilmitir. Bu konuda Harvard Tp Fakltesi, MIT, Harvard Kanser

Nanoteknoloji Mkemmeliyet Merkezi ve Gwangju Bilim ve Teknoloji

Enstits (Kore)nden bilim adamlar, nanoparacklarn kanser tedavisinde

baaryla kullanldn aklamlardr.

3. NANOTEKNOLOJNN BLMSEL YAKLAIMLARI

Nanoteknoloji ile ilgili almalar yapan bilim adamlar, 1 ile 100 nm

lei ierisinde kalacak ekilde malzeme ve aygt retmek zere yapm

olduklar deneylerde yukardan-aa (top-down) ve aadan-yukar

(bottom-up) yaklamlar olmak zere iki ayr yaklam kullanmaktadrlar.


45/218

24

Yukardan-aa yaklam, malzemelerin minyatrletirilmesinin yannda

nanolekli yaplarn makinada ilenmesi ile retilmesi, aadan-yukar

yaklam ise, molekler nanoteknoloji olarak tanmlanmaktadr (Arnall,

2003).

a. Yukardan-Aaya (Top-Down) Yaklam

Yukardan-aaya yaklam, molekler boyutta alan ok

yksek oranda kltlm nanoyaplarn fabrikasyonu ve imal edilmesi

yntemlerini ifade etmektedir. Bilim adamlar bu yaklam erevesinde kaba

malzemeyi alp daha kk paralara blme ilemini gerekletirmilerdir.

Ayn yaklam bugn kullanlan bilgisayar ipleri, minik hafza ve veri

depolama birimlerinde ve bilgisayarlarda kullanlan birletirilmi elektrik

devrelerinde grlmektedir. Yukardan-aa yaklam; mevcut mikroretim

tekniklerinin gelecekteki kazanmlar zerine kurulmu bir yaklamdr.

Geleneksel endstriyel teknolojilerinin nanoteknoloji ile deiimini

ngrmektedir.

Mikro-fabrikasyon veya nano-fabrikasyon olarak adlandrlan

yukardan-aaya yaklamnda, halihazrda kullanlan bilgisayar iplerindendaha kk yaplar iin gelimi litografi (tabask) teknii kullanlmaktadr.

Fotolitografi teknii ile 100 nm st bilgisayar ipleri ve dier mikroelektronik

cihazlar, elektronik n litografisi ile de 20 nmye kadar olan yaplar

retilmektedir.

Halihazrda bu yaklamn en ok gelitii alan yariletken

endstrisidir. Bu endstri, hzl bir ekilde nanometre alt alanlarna girmekte

ancak yksek doruluklu ilemler yaplabilmesi iin pahal cihazlaragereksinim duymaktadr (Heeren,2005a; Meyyapyan,2005). Sonu olarak;

yukardan-aaya yaklamnn nanomalzemeler retmek iin olduka pahal

bir sre olduu dnlmektedir.


46/218

25

b. Aadan-Yukarya ( Bottom-Up) Yaklam

Aadan-yukarya yaklam, molekler boyutta sistemler reterek

daha byk sistemlerin kontrol edilmesi, organik veya inorganik yaplarn,

maddenin en temel birimi olan atomlardan balayarak atom atom ve moleklmolekl ina edilmesi yntemlerini ifade etmektedir. Bu yaklamn bilinen en

nemli aleti, taramal u mikroskobudur. Karbon nanotp ve fullerenler, bu

yaklam ierisinde tanmlanabilecek tipik rneklerdir. Karbon nanotpler,

1991 ylnda iletim elektron mikroskobu kullanlarak karbon atomlarnn tp

oluturmak maksadyla yanyana getirilmesi ile oluturulmutur. Karbon

nanotplerin; gerilme kuvvetinin demirden 100 kat, elektron hareketliliinin

ise mevcut transistrlerden 1000 kat daha fazla, elektron yaylmnn

metallerden 100 kat daha iyi ve termal iletkenliinin elmastan ok daha fazla

olduu tespit edilmitir. Ayrca, karbon nanotplerin younluunun

aluminyumun yars kadar olduu ve metalik/ yar iletken zellikler tad

grlmtr.

Karbon nanotplerin bu zelliklerinden yararlanarak birok

uygulama alan gelitirilmitir. Karbon nanotpler kullanlarak yaplan dz

ekranlar bu uygulamalara tipik bir rnektir. Karbon nanotplerle, yksek s

iletimi salayan kompozit malzemeler, yksek enerji depolayabilen, yksek

verim salayan, yksek yaam dngs ve yksek gvenlie sahip ift

katmanl kapasitrler yaplabilmektedir ( Ichimura ve Yumura,2007 ).

Aadan-yukar yaklamnda, nano yaplar oluturmak iin

atomlar ve molekller kullanlmaktadr. Bu yaklam, nanomalzemeler

yapmak iin onlardan daha kk aletlere duyulan ihtiyac ortadan

kaldrmtr. Bunun yerine szkonusu malzemelerin doada var olduuekilde atomlardan ve molekllerden yaplmas hedeflenmitir. Atom

seviyesinde montaj yapmak bu metodun en nemli zorluu olarak ortaya

kmaktadr. Bu yaklamda tanmlanan bir teknik olan kimyasal kendi kendini

dzenlemede (Self-Assembly) deiik atomlar, molekller ve


47/218

26

nanomalzemeler, birbirleriyle kararak tek geometri ve elektronik yaplar

nedeniyle istikrarl ve ok iyi tanmlanmyaplara dnmektedirler.

Su gibi svlar ierisinde yzen partikller hareketlerini,

evresindeki hareketli olan su molekllerinin arpmasndan dolaysalamaktadr. Bu arpmayla birlikte partikller geliigzel bir biimde

hareket etmektedirler. Buna benzer ekilde, atomlarn da kinetik

enerjilerinden kaynaklanan rastgele hareketleri olmaktadr. Hangi atomun, ne

kadar hareket edecei scaklk ve atomlar arasnda onlar tutan ban gcne

baldr. Bu durumun en ak rnei, 1990 ylnda IBMden bilim adamlarnn

taramal u mikroskobu kullanarak nikel yzey zerine xenon atomlar ile

yazd IBM logosunun yazlmasnda grlmtr. Atomlarn belirlenen

pozisyonda sabit kalabilmeleri iin nikel yzey teorik olarak scakln

olmad mutlak sfra (-273.16 0C) kadar soutulmutur. Bu dk scaklkta

atomlarn kinetik enerjileri neredeyse sfr noktasna yaklamaktadr.

Ticari aletleri retmek iin bu kadar dk scaklk elde etmenin

pratik ve ekonomik olmad gzlenmitir. Ancak bilim adamlarnn atomlar

dzenleme kabiliyetleri, aadan yukar yaklamn uygulanabileceine dair

bir gsterge olmutur. Bu olay ayn zamanda nanoteknolojinin deneysel bir

bilim olarak ortaya kmasnn bir iareti olarak deerlendirilmitir .

4. NANOTEKNOLOJDE KULLANILAN ARALAR

Canl bakterilerin izlenmesi ynnde ince lenslere sahip k

mikroskoplar ile yaplan almalarn aksine gnmzde, nanomalzeme ve

nanoyaplar zerine yaplan almalarda ok daha karmak ve ok daha

gl cihazlar kullanlmaktadr.

Normal k mikroskoplar moleklleri grmek iin yeterli gce sahip

deildir. Ik mikroskoplar normal boyutlar 1000 kat daha artrma yeteneine

sahip olup beyaz k ile grnebilen en kk objeler 200 nm byklnde

olmaktadr. Bu alanda aratrma yapan bilim adamlar, molekller, bileenler


48/218

27

ve nanomalzemeler zerinde almak zere genellikle k yerine elektron

mikroskobu kullanarak inceleyecekleri rnekleri bytmektedirler.

a. Elektron Mikroskoplar

Elektron mikroskoplar adndan anlald gibi elektron demeti

kullanmaktadrlar. Bir elektron demeti bir malzemeye arpt anda birtakm

elektron ve n yaymaktadr. Szkonusu nlarn ve elektronlarn kaynaklar;

malzeme atomlarnn bileimi hakknda bilgi salayan X-Inlar, malzeme

atomlarnn elektronik yaps hakknda bilgi veren katot mas, malzeme

atomlarnn bileimi hakknda bilgi veren auger elektronlar, malzeme

atomlar ve yzey yaps hakknda bilgi salayan birincil ve ikincil geri salan

elektronlar olarak snflandrlmaktadr (Erko,2007)

Bilim adamlar, nanomolekllerin zellikleri hakknda alma

yapmak zere eitli elektron mikroskoplar kullanmlardr. Bunlar;

- Taramal Elektron Mikroskobu (Scanning Electron Microscope)

- letim Elektron Mikroskobu (Transmission Electron Microscope)

- Analitik Elektron Mikroskobu (Analytical Electron Microscope)olarak sralanmaktadr.

rneklere ve ihtiya duyulan bilgilere bal olarak, bu cihazlar

nanometre leinde almak zere dizayn edilmilerdir. Elektron

mikroskoplar, rnekleri 10 ile 1.000.000 kez arasnda bytmek iin

elektronlardan yararlanmaktadr (Williams ve Adams, 2007).

(1) Taramal Elektron Mikroskobu (TEM)

Taramal Elektron Mikroskobu (TEM), ince veya kaln yzeyleri

taramak iin odaklanmelektron nlarn kullanmaktadr. TEM, grntleri,

boyutlu mikroskoplar gibi daha grnr hale getirmekte ve ok iyi bir

znrlk salamaktadr. Bu znrlk, 5 ile 10 nm metre veya 10 ile


49/218

28

100.000 kez bytme zelliine sahiptir. En yeni TEMlerden bazlar ise 1

nm znrlkte, 1.000.000 kez bytme kabiliyetine sahiptirler.

(2) letim Elektron Mikroskobu (EM)

letim Elektron Mikroskobu (EM), kalnl 100 nmden az olan

rnekleri aratrmak iin yksek enerjili elektron n kullanmaktadr. Elektron

n bytlmek istenen nesneye ynlendirilmekte, elektronlardan bazlar

nesne tarafndan emilirken veya nesne zerinden srarken, dierleri

nesnenin iinden geerek malzemenin bytlm grntsn

oluturmaktadr. EMlerin znrlkleri, yaklak 0.1 ile 0.2 nm civarndadr.

Elektron mikroskoplar, nanolek seviyesindeki ok kk rneklerin

grlmesi ve rneklerin; ekil ve boyutlarnn, yaplarn, element ve bileen

miktarlarnn, atom ve molekllerin dzenlerinin ve zelliklerinin daha iyi

analiz edilebilmesi iin yksek enerji elektron nlar kullanmaktadr

( Williams ve Adams, 2007).

EM, nanoteknoloji ile uraan bilimsel evrelerde gl ve

yaygn bir ekilde kullanlmaktadr. Yar iletkenlerde bulunan nanokristallerin

bilimsel dergilerde baslan fotoraflarnn ou bu mikroskop tarafndankaydedilmitir. EM ile yar iletken nanokristal atomlar kolaylkla

grlebilmektedir.

(3) Analitik Elektron Mikroskobu (AEM)

Malzemelerin yaplarn ve kimyasal karakteristiklerini atom

atom lebilme kabiliyeti, nanobilim ve nanoteknolojinin gelecei asndan

ok nemli bir gelime olarak grlmektedir. X-n ve elektron spektrometregibi analitik cihazlarla donatlmEMler, Analitik Elektron Mikroskobu (AEM)

olarak adlandrlmaktadr. Bu cihazlar, elektronlar malzemelere gei

yaptnda elektronlardaki enerji kaybn lmektedir. Bu lmler, karbon

atomlar ve nitrojen atomlar ile demir ve nikel atomlar arasndaki farkllklar

gstermektedir.


50/218

29

AEMlerin olduka yksek performanslar, bilim adamlarna 0.1

nmye kadar olduka yksek oranda znrle sahip grntler

salamaktadr. AEM ayrca, malzemelerin atomik bileimleri, molekler

balar ve elektriki iletkenlii ile ilgili bilgiler salamaktadr. Aratrmaclar

AEM vastasyla, nanomalzemelerin moleklleri ve nanomalzemelerdenyaplm cihazlarn performans ve zellikleri ile ilgili detayl bilgi elde etme

ansna sahip olmulardr.

b.Tarama Ulu Mikroskoplar (TUM)

Tarama Ulu Mikroskoplar; atomdan nanolee kadar olan

malzemelerin yzey karakteristiklerini incelemek amacyla kullanlan

mikroskoplardr. Bu mikroskoplar, sabit veya karlabilir ulara sahiptir. Bu

ular, marsn yzeyini aratran kara arac gibi yzeyi tarayarak ykseklikleri,

elektrik veya yzeydeki dier deiiklikleri kayt etmektedirler. Ularn aa

yukar hareketi, lazer nlar tarafndan llmekte, n titreimi eklindeki

sallanmlar, yzeyde grnt elde eden optik dedektr tarafndan

llmektedir.

(1) Tarama Tnel Mikroskobu (TTM)

lk tarama ulu mikroskop, 1981 ylnda, Heinrich Rohrer ve

Gerd Karl Binning tarafndan IBMin sviredeki Zrih Aratrma

Laboratuarlarnda kefedilen, elektron mikroskobuyla grlemeyen atom

paracklarn 2.000 kez daha fazla bytme zellii bulunan ve atomik

lekte znrlk salayan tarama tnel mikroskobudur. Bu devrimsel

mikroskop, malzemelerin yzeylerinin elektriki karakteristiklerini lmek iin

sabit u kullanmaktadr. Bu icat, 1986 ylnda Heinrich Rohrer ve Gerd KarlBinninge Fizik alannda Nobel dl kazandrmtr. TTM, ok yksek vakum

ortam gerektirmesi ve ok hantal bir yapya sahip olmasna ramen birok

akademik ve endstri evresi tarafndan iletken malzemeleri grntlemek

amacyla kullanlm ve yzey bilimcileri tarafndan tercih edilmitir

(Kaiser, 2006).


51/218

30

TTMde kullanlan u tipine bal olarak birok eit grnt

elde edilebilmektedir. TTM, rnek malzemeyi taramak iin ok ince, tek atom

byklnde bir u kullanmakta, elektronlarn dalgaya benzeyen ve

tnelleme denilen zelliinden yararlanmaktadr. Bu zellik, bilim adamlarna

tek atomlarn yksek znrlkte grntlenmesine yardmc olmaktadr.Sivri u, iletken yzeylerde 0.2 nm znrlkte grnt yakalayabilmek iin

kullanlmaktadr. Bilim adamlar, ucun hareketlerini izleyerek malzeme yzeyi

hakknda tek bir atomu bile grebilecek ekilde detayl bir veri elde imkanna

sahip olmulardr.

(2) Atomik Kuvvet Mikroskobu (AKM)

Atomik Kuvvet Mikroskopu, 1986 ylnda G.Binnig, C.F.Quate

ve Ch.Gerber isimli bilim adamlar tarafndan kefedilmitir. TTMnin aksine

AKM, ak havada altndan dolay ok yksek vakuma gerek

duymamakta, iletken, iletken olmayan, organik veya inorganik malzemelerin

grntlenmesinde kullanlmaktadr. Kullanm ok daha kolay ve daha esnek

olmasndan dolay endstri ve akademik evre tarafndan youn bir ekilde

kullanlmaya balanmtr.

AKM, yzey topografisini angstrom () (10-10 m) mertebesinden

100 mikrona () kadar grntleyebilme kabiliyetine sahip bir mikroskoptur.

Bu cihaz ile molekller aras kuvvetler hassas bir ekilde llebilmi, zel bir

hazrlama ilemi gerektirmeden malzemeler her ortamda grntlenebilmitir

(nar ve dierleri,2005). AKM, malzeme ile ilgilenen tm teknolojilerde

yaygn olarak kullanlmaya balanmtr. AKM, bata gda, evre ve tp

teknolojileri olmak zere hemen hemen tm teknolojik alanlarda, ince ve

kaln film kaplamalar, seramik, alam, cam, metal, polimerler ve yariletkenler gibi malzemelerin incelenmesi maksadyla kullanlmaktadr.

AKMde, incelenecek malzemenin fotorafn oluturmak iin

ap 100 nmden daha kk olan ok ince silikon bir u kullanlmtr. Silikon

u malzeme yzeyinde hareket ederken malzeme zerindeki atomlar silikon


52/218

31

utaki atomlar itmekte, silikon ucun ykseklii ayarlanarak malzeme

yzeyine uygulanan kuvvetin sabit kalmas salanmaktadr. Kymetlendirme

mekanizmas, ucun yukar aa hareketlerini kaydederek bu bilgileri rnek

malzemenin yzeyinin boyutlu resmini oluturacak olan bilgisayara

aktarmaktadr. Bylece tam yzey topografyas kesin ykseklik bilgisiylebirlikte kaydedilebilmekte ve yzeydeki her bir atom grlebilmektedir.

AKM ve TTM, grnt elde edilmesinin yannda nanoyaplarn

oluturulmasnda da kullanlmaktadr. IBMdeki bilim adamlar sadece dz bir

yzeydeki her bir atomu hareket ettirerek yalnz IBM logosunu oluturmam

ayn zamanda TTMyi kullanarak 48 demir atomu ile dairesel bir yap

meydana getirmilerdir. Bu yap plak gzle grlebilmitir.


53/218

NC BLM

NANOTEKNOLOJNN POTANSYEL ARATIRMA, UYGULAMA

ALANLARI VE AVANTAJLARI

1.GR

Nanobilim ve nanoteknoloji, makroskobik seviyedeki malzemelerin

zelliklerinden ok daha farkl bir yapya sahip nanolekli malzemeler

iermesinden dolay, fizik, kimya, malzeme bilimi, biyoloji ve mhendislik gibi

bilimsel aratrma alanlar ile tp, enerji, evre, elektronik, muhabere,

bilgisayar, retim ve malzeme gibi teknolojik alanlarda ok geni uygulamapotansiyeline sahiptir. Birok bilim adam nanomalzemelerin, nmzdeki

dnemlerde yeni nesil tketim rnlerinde, minyatrletirilmi bilgisayar

iplerinde, nanolek sensrlerde, DNA molekllerini sralayan cihazlarda,

entegre mikrosistemler ve biyoteknoloji gibi alanlarda ok fazlasyla etkili

olacan ngrmektedir (Miyazaki ve Islam, 2007).

Nanoteknoloji, her ne kadar yeni bir alan olarak grlse de doada

bir ok ortamda uygulama alanlarna sahiptir. Bilim adamlar iin doada var

olan bu uygulamalar birer yol gsterici olmutur. Baka moleklleri bir arada

tutan balar oluturan, gerektiinde bu balar koparan ve yeniden

dzenleyen enzimler, doada var olan molekler makinalara gzel bir

rnektir. Lotus (beyaz nilfer) iei, kpek bal derisi ve geko kertenkelesi

nanoteknoloji uygulamalarnn grld rneklerden sadece birkadr.

Lotus iei, amurlu ve kirli ortamlarda yaayan ancak yapraklarsrekli temiz olan bir bitki eididir. Yapran yzeyinde bulunan mikro ve

nano boyutlarndaki hidrofobik tyck yaplar sayesinde, yaprak zerine

den su damlalar yzeyde tutunamamakta, yapran topraa doru eimli

olmas sebebiyle de aa doru kayarken toz, kir vb.maddeleri beraberinde

gtrmektedir. Dolaysyla nano ve mikro seviyesindeki bu yaplar sayesinde


54/218

33

lotus iei srekli olarak temiz kalmaktadr. Lotus ieinin bu zellii,

nanobilim ile uraan aratrmaclara boyalarn, kumalarn, camlarn ve

dier birok yzeyin kuru kalmas ve kendi kendini temizleyebilme

yeteneinin kazanlmasna ynelik almalar yapmaya yneltmitir.

Almanyada bu kapsamda lotus etkisi yaratan Lotusan isimli cephe

kaplama malzemesini retilmitir. Bonn niversitesinden Profosr Dr.

Wilhelm Barthlott, 70li yllarda Lotus ieinin etkilerini ve zelliklerini

aratrmaya balam, elektron mikroskobu altnda yapt incelemelerde, bu

iein temiz kalmasn salayan balmumu kristallerinden oluan nano

seviyede ukur ve tepecikli yaplar tespit etmitir. Barthlott, bu almasn

endstriye uyarlayarak 1990l yllarda patentini almtr (Canadian Patent

Database, [web],2007).

Nanoteknolojinin doadaki yansmalar Lotus iei gibi birok

canlda kendisini gstermektedir. Bonn niversitesinde yaplan dier bir

aratrmada su rmceinin yaps incelenmitir. Dere kenarlarnda, balklar

avlamak zere suya dalan ve bu balklar zehirli sryla bayltan bu

rmcek, dnte karaya kuru olarak kmaktadr. rmcein yaps

incelendiinde, vcudunu saran nano seviyedeki tylerden oluan bir rt

sayesinde bu zellii kazand tespit edilmitir. Bu kapsamda, su

rmceinin yaps rnek alnarak Denkendorf Tekstil ve leme Teknii

Enstitsyle yaplan almalar neticesinde suyu iten bir kumagelitirilmitir

( EC Report,2004, Patschull,2005).

Doada kendiliinden var olan nanoteknoloji uygulamalar, yakn bir

gelecekte bilim adamlarnn youn almalar kapsamnda bata

nanomalzemeler, nanoelektronik, ve nanobiyoteknoloji olmak zere birokalanda kendini gstermeye balayacaktr.


55/218

34

2. NANOTEKNOLOJNN POTANSYEL ARATIRMA VE UYGULAMA

ALANLARI

Kimya, fizik ve biyoloji gibi bilim alanlarndan balayp salk,

mhendislik ve elektronik uygulamalarna kadar uzayan genibir alanda yeralacak olan nanobilim ve nanoteknoloji, zellikle nanomalzemeler de

meydana gelecek gelimelerle birlikte, 21nci yzyln en nemli teknolojik

geliimi olacak ve gnlk yaamn birok alannda etkisini gsterecektir.

Nanoteknoknolojinin ksa, orta ve uzun vadede etkisini gsterecei

potansiyel aratrma ve uygulama alanlar; Nanomalzemeler, Elektronik ve

Biliim Teknolojileri, Salk ve la, Enerji ve evre, Ulam, naat, Gda ve

Tarm, Tekstil, Havaclk ve Uzay ile Savunma sektrleri olmak zere toplam

10 alanda incelenmitir.

a. Nanomalzemeler

leri malzemelerdeki gelimelerin kilit rol, bu malzemelerin kk

leklerde kontrol edilmesine dayanmaktadr. Malzemelerin nanolek

boyutlarnda gelitirilebilmesi, zelliklerinin anlalmas ve kontrol edilmesi ile

eitli zelliklere, fonksiyonlara ve uygulamalara sahip yeni malzemeleryaratmak mmkn olacaktr. Nanomalzeme, 1 ile 100 nm arasndaki

boyutlarnda bulunan metal, seramik, organik molekler topluluk, polimerik ya

da kompozit malzemelere verilen genel bir isimdir. Nanomalzemeleri

geleneksel malzemelerden ayran en nemli parametre, tanecik yaplarnn

bykldr. Geleneksel malzemelerin aplar mikrondan milimetreye

kadar uzanan bir seviyede olurken, nanomalzemelerin aplar 1-100

nanometre arasnda deimektedir.

Nanomalzemeler, gnlk yaamda yer alan birok rnn

gelitirilmesinde kullanlmaya balanmtr. Su geirmez nanofiberlerden

yaplan kayak malzemeleri ve kil polimer nanokompozitler kullanlarak

yaplan tenis toplar bu rnlere verilebilecek gzel rneklerdir. Bu rnler

klasik rnlere nispeten daha salam, daha uzun mrl ve daha hafif


56/218

35

olmaktadr. Bunlarn yannda aadan yukar (bottom-up) yaklam ile,

malzeme bloklar retilmeye balanmtr. Bu yaklam erevesinde retilen

cihazlar sistematik bir biimde atom atom ve molekl molekl ilenerek

oluturulduundan, yeni ve farkl karakteristikler kazandrlabilmektedir.

Nanomalzemeler arlkl olarak, nanoanalitik, nanobiyoteknoloji

ve nanokimya gibi alanlarda kullanlmaktadr. Ayhan (2004), ticari neme

sahip nanotaneli malzemelerin uygulamal alanlarna gre genel olarak be

ana grup altnda toplandn belirtmektedir. Bunlar; Basit Metal Oksitler:

Silika (SiO2), Titanya (TiO2), Almina (Al2O3), Demir oksit (Fe3O4, Fe2O3),

inko oksit (ZnO), Ceria (CeO2), Zirkonya (ZrO2), Kark Oksitler: Indium-

kalay oksitler (In2O3-SnO2), Antimon-kalay oksitler, Titanatlar: Baryum

Titanat (BaTiO3 ), eitli Kark Oksitler, Oksit Olmayan Seramikler:

Metaller, Yar iletkenler, Tungsten Karbr eklinde snflandrlmtr

(Ayhan, 2004).

Nanomalzemeler, nanoteknolojinin dier alanlarda

uygulanabilmesi iin temel tekil etmektedir. Getiimiz 20 yl ierisinde,

metal, seramik, polimerik malzemeler ve kompozit malzemelerden oluan

nanoyapl malzemelerin, sanayi, biyomedikal ve elektronik uygulamalar

zerine ok sayda alma yaplmtr. Kuantum noktalarla yaplan

aratrmalar sayesinde nanoelektroniin hz kazanmasna katk

salanabilecek, biosensrler ile nanobiyolojide devrim yaratlabilecek ve

daha fazla dirence sahip yeni seramiklerin retilmesi ile de enerji

depolamada byk kazanmlar gerekleebilecektir.

Nanolek seviyesindeki tek boyutlu malzemeler, ince filmler veya

yzey kaplamalar gibi katmanlar eklinde tanmlanmaktadr. Bilgisayaryongalarndaki baz zellikler bu kategori ierisinde deerlendirilmektedir. ki

boyutlu nanolek seviyesindeki malzemeler, nanokablolar ve nanotpleri

iermektedir. boyutlu nanolek seviyesindeki malzemeler ise kelti,

koloit ve kuantum noktalar gibi paracklardr.


57/218

36

Nanomalzemeleri dier malzemelerden ayran en nemli iki

zellik, artrlm yzey alan ve kuantum etkileridir. Bu faktrler, reaktiflik,

diren, sertlik ve elektriksel zellikleri artrabilmekte ve deitirebilmektedir.

Paracklarn boyutlar azaldka, yzeydeki atom says oran artmaktadr.

rnek olarak; 30 nm boyutundaki parack iin yzeyindeki atom oran % 5iken, 10 nm iin bu oran % 20ye kmaktadr. Bundan dolay,

nanoparacklar byk paracklara gre daha yksek yzey/hacim oranna

sahiptirler. Bu durum, nanoparacklarn, byk paralara nazaran daha

duyarl olmasn salamaktadr. Kuantum etkiler, maddelerin boyutlar

nanolee doru azaldka maddenin zelliklerini etkilemeye balayarak

optik, elektrik ve manyetik zelliklerini deitirebilmektedir.

Nanomalzemeler boyutlarna; tek boyutlu nanolek malzemeler,

ift boyutlu nanolek malzemeler ve boyutlu nanolek malzemeler gre

kategoride incelenmektedir.

Tek boyutlu nanomalzemeler, elektronik cihaz retimi, kimya ve

mhendislik gibi alanlar iin gelitirilmekte ve bu alanlarda kullanlmaktadr.

Silikon entegre devre endstrisinde, birok cihazn dzgn bir ekilde

alabilmesi iin ince filmler byk nem arz etmektedir. Tek atom veya

moleklden oluan tek katmanlar, kimyada dzenli olarak yaplmakta ve

kullanlmaktadr. Bu katmanlar karmak bir yap ierse de, atomik dzeyden

yukar doru gidildike zellikleri ve oluumlar daha iyi bir ekilde

anlalmtr.

Tpler ve teller gibi ift boyutlu nanomalzemeler, bilimsel

evrelerde zerinde allan en nemli konulardan birisidir. Bu malzemelerin

yeni elektriksel ve mekanik zellikleri, szkonusu malzemeler zerinde younaratrmalar

Yusuf Ozer

Documents

Transcript of Yusuf Ozer