Nanoteknoloji Nasıl Çalışır?

Nanoteknoloji Nasıl Çalışır?

Nanoteknoloji çok yeni, kimsenin ne olacağından emin değilsiniz. Öyle olsa bile, tahminler elmas ve yiyecek gibi şeyleri, kendini kopyalayan nanorobotlar tarafından yutulmakta olan dünyaya yeniden üretme yeteneğinden farklıdır. Nanoteknolojinin sıradışı dünyasını anlamak için, ilgili ölçü birimleri hakkında bir fikir edinmemiz gerekiyor. Bir santimetre yüz metredir, milimetre metre metrenin binde biridir ve mikrometre bir metrenin milyonda biri kadardır, ancak bunların hepsi nano ölçülere kıyasla hala büyüktür. Bir nanometre (nm), bir metrenin milyarda biri, görünür ışığın dalga boyundan daha küçük ve insan saçı genişliğinin yüz binde biri Nanometre kadar küçük olduğu için, atom ölçeğine kıyasla hala büyüktür. Bir atom yaklaşık 0.1 nm’lik bir çapa sahiptir. Bir atomun çekirdeği çok daha küçüktür – yaklaşık 0.00001 nm. Atomlar bizim evrenimizde tüm madde için yapı taşlarıdır. Sen ve etrafındaki her şey atomlardan oluşuyor. Doğa, moleküler malzeme üretim bilimini mükemmelleştirdi.

Örneğin, bedenlerimiz milyonlarca canlı hücreden belirli bir şekilde toplanır. Hücreler, doğanın nanomakinleridir. Atomik ölçekte, elemanlar en temel seviyededir. Nano ölçekte, bu atomları bir araya getirmek için hemen hemen her şeyi yapabiliriz. Uzmanlar nanoölçekin neyi oluşturduğuna bazen katılmıyorlar, ancak genel olarak, nanoteknolojiyi 1 ila 100 nm arasında değişen bir şeyle uğraşmayı düşünebilirsiniz . Bundan daha büyük, mikro ölçek ve daha küçük atomik ölçek.

Nanoteknoloji hızla disiplinlerarası bir alan haline geliyor. Biyologlar, kimyagerler, fizikçiler ve mühendislerin hepsi nano ölçekteki maddeler üzerinde çalışmaktadır. Störmer, farklı disiplinlerin ortak bir dil geliştirdiğini ve birbirleriyle iletişim kurduğunu umuyor. Nano ölçeğin heyecan verici ve zorlayıcı yönlerinden biri, kuantum mekaniğinin içinde oynadığı rol. Kuantum mekaniğinin kuralları klasik fizikten çok farklıdır, bu da nano boyutta maddelerin davranışlarının bazen mantıksal olarak davranarak sağduyuya aykırı olabileceği anlamına gelir. Bir duvara kadar yürüyemezsiniz ve hemen diğer tarafa ışınlanamazsınız, ancak nano ölçekli bir elektronda elektron tüneli olarak adlandırılır.

Yalıtkan maddeler, yani bir elektrik yükü taşıyamayacakları anlamına gelen, toplu halde yarı iletkenler olabilirler.nano ölçüye indirildiğinde. Erime noktaları, yüzey alanındaki artış nedeniyle değişebilir. Nanobilimin çoğu bildiğin şeyi unutmanı ve tekrar öğrenmeye başlamanı gerektiriyor.

Peki bu ne anlama geliyor? Şu anda, bilim adamları nano boyuttaki maddeler hakkında bilgi edinmek ve çeşitli uygulamalarda bunlardan nasıl yararlanabileceğimizi öğrenmek için denemeler yapıyor.

Mühendisler, daha küçük ve daha güçlü mikroişlemciler oluşturmak için nano boyutlu kabloları kullanmaya çalışıyorlar. Doktorlar tıbbi uygulamalarda nanopartikülleri kullanmanın yollarını arıyorlar. Yine de, nanoteknoloji teknoloji ve medikal pazarlara hakim olmadan önce gitmemiz için çok uzun bir yolumuz var. Bilim adamları şu anda özellikle ilgi çeken nano boyuttaki iki yapı bulmaktadır: nanoteller ve karbon nanotüpler. Nanoteller, bazen 1 nanometre kadar küçük, çok küçük çaplı tellerdir.

Bilim adamları bilgisayar çipleri ve diğer elektronik cihazlar için küçük transistörler inşa etmeyi umuyorlar. Son birkaç yılda karbon nanotüpler nanotelleri gölgede bıraktı. Hala bu yapıları öğreniyoruz, ama şu ana kadar öğrendiklerimiz çok heyecan verici. Bir karbon nanotüp nano boyutlu bir karbon atomları silindiri. Altıgen bir levha gibi görünecek bir karbon atomu düşünün. Bu sayfayı bir tüpe aktarırsanız, karbon nanotüpünüz olur. Karbon nanotüp özellikleri, sayfayı nasıl sardığınıza bağlıdır. Diğer bir deyişle, tüm karbon nanotüpler karbondan yapılmış olsa bile, tek tek atomları nasıl hizaladığınıza bağlı olarak birbirlerinden çok farklı olabilirler. Doğru atom atomları ile, çelikten yüzlerce kat daha güçlü bir karbon nanotüp yaratabilirsiniz, ancak altı kat daha hafiftir. Mühendisler, özellikle otomobiller ve uçaklar gibi şeyler için karbon nanotüplerinden inşaat malzemeleri yapmayı planlıyorlar . Daha hafif araçlar daha iyi yakıt verimi anlamına gelir ve ilave güç, artan yolcu güvenliğine dönüşür. Karbon nanotüpler, doğru atom düzenine sahip etkili yarı iletkenler de olabilir. Bilim adamları, karbon nanotüpleri mikroişlemciler ve diğer elektronik sistemlerdeki transistörler için gerçekçi bir seçenek haline getirmenin yollarını bulmaya çalışıyorlar.

Nanoteknoloji Ürünleri

Piyasadaki kaç ürünün nanoteknolojiden yararlandığını öğrenmek için şaşırabilirsiniz.

* Güneş Koruyucu – Birçok güneş kremi nanopartiküller çinko oksit veya titanyum oksit içerir. Daha eski güneş koruyucu formüller, çoğu güneş ışığını beyazımsı rengine veren daha büyük parçacıklar kullanır. Küçük parçacıklar daha az görünürdür, yani güneş koruyucuyu cildinize sürdüğünüzde, size beyazımsı bir renk vermez.

* Kendi kendini temizleyen cam – Pilkington adında bir şirket, camı fotokatalitik ve hidrofilik hale getirmek için nanopartiküller kullanan Activ Glass adını verdiği bir ürün sunuyor . Fotokatalitik etki, ışıktan gelen UV radyasyonunun cama çarptığı zaman, nanopartiküllerin enerjilenmesine ve camdaki organik molekülleri (diğer bir deyişle kir) gevşetmeye ve gevşemeye başlamasına neden olur. Hidrofilik, suyun camla temas ettiğinde, camı düzgün bir şekilde yayarak camın temizlenmesine yardımcı olduğu anlamına gelir.

* Giyim – Bilim adamları giysilerinizi geliştirmek için nanopartiküller kullanıyor. İnce bir çinko oksit nano tanecikleri içeren kumaşları kaplayarak, üreticiler UV radyasyonundan daha iyi koruma sağlayan giysiler yaratabilirler. Bazı kıyafetler, su ve diğer malzemelerin püskürtülmesine yardımcı olan ve leke tutmaz hale getiren küçük tüyler veya bıyık şeklindeki nanopartiküllere sahiptir.

* Çizilmeye dayanıklı kaplamalar – Mühendisler, çizilmeye dayanıklı polimer kaplamalara alüminyum silikat nanoparçacıklarının eklenmesinin kaplamaları daha etkili hale getirdiğini, yongalama ve çizilmeye karşı direnci artırdığını keşfetti. Çizilmeye karşı dayanıklı kaplamalar, otomobillerden gözlük camlarına kadar her şeyde yaygındır.

Antimikrobiyal bandajlar – Bilim adamı Robert Burrell, gümüşün nanopartikülleri kullanarak antibakteriyel bandaj üretmek için bir süreç oluşturdu. Gümüş iyonları mikropların hücresel respirasyonunu engeller. Diğer bir deyişle gümüş, zararlı hücreleri öldürür, onları öldürür.

Nanoteknolojiyi içeren yeni ürünler her gün çıkıyor. Kırışıklıklara dayanıklı kumaşlar, derin nüfuzlu kozmetikler, sıvı kristal ekranlar (LCD) ve nanoteknoloji kullanan diğer kolaylıklar piyasada bulunmaktadır. Çok geçmeden, Intel arasında değişen nanoteknoloji yararlanmak diğer ürünlerin onlarca göreceksiniz mikroişlemci için biyo-nanobatteries, kapasitörler sadece birkaç nanometre kalınlığında. Bu heyecan verici olsa da, nanoteknolojinin gelecekte bizi nasıl etkileyebileceği kadarıyla buzdağının sadece görünen kısmı. “Star Trek” dünyasında, çoğaltıcılar olarak adlandırılan makineler, silahlardan dumanı tüten bir Earl Grey çayına kadar neredeyse herhangi bir fiziksel nesne üretebilir. Sadece bilimkurgu ürünü olarak kabul edilen uzun, bugün bazı insanlar çoğalıcıların gerçek bir olasılık olduğuna inanıyor. Buna moleküler üretim diyorlar ve eğer bir gerçeklik haline gelirse, dünyayı büyük ölçüde değiştirebilir.

Atomlar ve moleküller birbirine yapışır, çünkü birbirine kenetlenen tamamlayıcı şekillere sahiptirler veya çeken yükler vardır. Mıknatıslarla olduğu gibi, pozitif yüklü bir atom da negatif yüklü bir atoma yapışacaktır. Bu atomların milyonlarca tanesi nanomakinlerle bir araya getirildikçe, belirli bir ürün şekillenmeye başlayacaktır. Moleküler üretimin amacı, atomları ayrı ayrı manipüle etmek ve istenen bir yapıyı üretmek için bir modele yerleştirmektir. İlk adım, bilim adamlarının atomları ve molekülleri istedikleri gibi manipüle etmek için programlayabilecekleri, derleyici olarak adlandırılan nanoskopik makineler geliştirmek olacaktır. Rice University Profesör Richard Smalley, anlamlı bir miktarda malzeme toplamak için milyonlarca yıl sürecek tek bir nanoskopik makineye sahip olacağını belirtti. Moleküler üretimin pratik olması için, aynı anda birlikte çalışan trilyonlarca montajcısına ihtiyacınız olacaktır. Eric Drexler, toplayıcıların ilk önce kendilerini diğer montajcıları oluşturarak çoğaltabileceklerine inanıyor. Nesneleri üretmek için yeterli sayıda toplayıcı bulunana kadar, her bir nesil bir diğerini inşa eder ve bu da üstel büyümeye neden olur.

Bu konsept çiziminde montajcılar nanogearlar gibi hareketli parçalara sahip olabilirler.

Üçlü montajcılar ve çoğaltıcılar, bir milimetreden daha küçük bir alanı doldurabilir ve çıplak gözle görmemiz için hala çok küçük olabilir. Birleştiriciler ve çoğaltıcılar, ürünleri otomatik olarak oluşturmak için birlikte çalışabilirler ve sonunda tüm geleneksel emek yöntemlerini değiştirebilirler.

Bu, imalat maliyetlerini büyük ölçüde azaltabilir, böylece tüketici mallarını daha ucuz, daha ucuz ve daha güçlü hale getirebilir. Sonunda elmas, su ve yiyecek dahil her şeyi çoğaltabiliriz. Açlığı beslemek için gıda üreten makineler tarafından kıtlık ortadan kaldırılabilir. Nanoteknolojinin tıp endüstrisi üzerindeki en büyük etkisi olabilir. Hastalar, kanser hücrelerinin ve virüslerin moleküler yapısına saldırmak ve yeniden yapılandırmak için programlanmış nano robotlar içeren sıvıları içereceklerdir. Nano robotların yaşlanma sürecini yavaşlatıp tersine çevirebileceği ve yaşam beklentisinin önemli ölçüde artabileceği yönünde spekülasyonlar da vardır. Nano robotlar hassas ameliyatlar yapmak için de programlanabilirler – bu tür nanosurgeonslar en keskin neşterden bin kat daha hassas çalışabilir. Böyle küçük bir ölçekte çalışarak, bir nanorobot, geleneksel cerrahinin yaptığı izleri bırakmadan çalışabilir. Ek olarak, nano robotlar fiziksel görünüşünüzü değiştirebilir. Estetik ameliyat yapmak için programlanmış olabilirler, atomlarınızı kulaklarınızı, burnunuzu, göz renginizi veya değiştirmek istediğiniz diğer fiziksel özellikleri değiştirecek şekilde yeniden düzenlerler.

Nanoteknoloji çevre üzerinde olumlu bir etkiye sahip olma potansiyeline sahiptir. Örneğin, bilim adamları, incelmiş ozon tabakasını yeniden inşa etmek için havadaki nano robotları programlayabilirler. Nano robotlar, kirleticileri su kaynaklarından temizleyebilir ve petrol sızıntılarını temizleyebilir. Alttan üste nanoteknoloji yöntemini kullanan üretim malzemeleri, geleneksel imalat işlemlerinden daha az kirlilik yaratmaktadır. Yenilenebilir olmayan kaynaklara bağımlılığımız nanoteknolojiyle azalır. Ağaçların kesilmesi, madencilik kömürü veya petrol için sondaj gerekli olmayabilir – Nanomachines bu kaynakları üretebilir. Pek çok nanoteknoloji uzmanı, bu uygulamaların en azından öngörülebilir gelecek için olasılık alanının dışında olduğunu düşünüyor. Daha egzotik uygulamaların sadece teorik olduğuna dikkat çekiyorlar. Bazıları, nanoteknolojinin sanal gerçeklik gibi sonuçlanacağından endişe duyuyorlar – başka bir deyişle, nanoteknolojiyi çevreleyen hype, alanın sınırlamaları kamu bilgisi haline gelene kadar inşa edilmeye devam edecek ve daha sonra faiz (ve finansman) hızlı bir şekilde yok olacaktır.

Nanoteknolojideki en acil zorluk, nano boyutta materyaller ve özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinmemiz gerektiğidir. Dünyadaki üniversiteler ve şirketler, atomların daha büyük yapılar oluşturmak için nasıl birbirine uyduğunu gayretle inceliyorlar. Kuantum mekaniğinin nano ölçekteki maddeleri nasıl etkilediğini hala öğreniyoruz. Nano ölçekteki öğeler toplu halde olduğundan farklı davrandığından, bazı nanopartiküllerin zehirli olabileceği endişesi vardır. Bazı doktorlar, nanopartiküllerin çok küçük olduklarından endişe ediyorlar, kan-beyin bariyerini kolayca geçebiliyorlardı; bu, beyni, kandaki zararlı kimyasallardan koruyan bir zardı. Giysilerimizden karayollarımıza kadar her şeyi kaplamak için nanopartiküller kullanmayı planlıyorsak, bizi zehirlemeyeceklerinden emin olmalıyız. Bilgi engeli ile yakından ilgili olan teknik engeldir.

Nanoteknolojinin gerçekleşmesiyle ilgili inanılmaz tahminlerin gerçekleşmesi için, transistörler ve nanoteller gibi nano boyuttaki ürünlerin seri üretilmesi için yollar bulmamız gerekiyor . Tenis raketleri gibi şeyler inşa etmek ve kırışıksız kumaşlar yapmak için nanopartikülleri kullanabilirken, henüz nanopatlarla gerçekten karmaşık mikroişlemci çipleri yapamayız. Nanoteknoloji konusunda da bazı sosyal kaygılar var. Nanoteknoloji, hem ölümcül hem de ölümcül olmayan daha güçlü silahlar üretmemizi de sağlayabilir. Bazı kuruluşlar, bu cihazlar inşa edildikten sonra sadece silahlardaki nanoteknolojinin etik etkilerini incelemeye alacağımız konusunda endişeliler. Bilim adamları ve politikacılar, giderek daha güçlü silahlar tasarlamadan önce nanoteknolojinin tüm olanaklarını dikkatlice incelemeye çağırıyorlar.

Tıpta nanoteknoloji, kendimizi fiziksel olarak geliştirmemizi mümkün kılarsa, bu etik midir? Teorik olarak, tıbbi nanoteknoloji bizi daha akıllı, daha güçlü ve hızlı iyileşmeden gece görüşüne kadar başka yetenekler verebilir. Böyle hedefleri takip etmeli miyiz? Kendimizi insan olarak adlandırmaya devam edebilir miyiz, yoksa transhuman mı oluruz – insanın evrimsel yolu üzerinde bir sonraki adım mı? Neredeyse her teknoloji çok pahalı bir şekilde başladığı için, bu, iki insan ırkını yaratacağımız anlamına gelir – zenginleştirilmiş bir değiştirilmiş insan ırkı ve daha fakir değiştirilmemiş insanlar topluluğu. Bu sorulara cevaplarımız yok, ancak çeşitli kurumlar nanobilimcileri bu etkilerini artık çok geç olmadan ele almaya çağırıyorlar.

Bütün sorular insan bedenini değiştirmeyi gerektirmez – bazıları finans ve ekonomi dünyasıyla ilgilidir. Moleküler üretim bir gerçek haline gelirse, bu dünya ekonomisini nasıl etkiler? Bir düğmeye basmakla ihtiyacımız olan her şeyi üretebileceğimizi varsayarsak, tüm imalat işlerine ne olur? Bir çoğaltıcı kullanarak herhangi bir şey oluşturabilirseniz, para birimine ne olur? Tamamen elektronik ekonomiye geçebilir miyiz? Paraya bile ihtiyacımız var mı?

Bu soruların hepsine cevap vermemiz gerekip gerekmediği bir tartışma meselesidir. Birçok uzman, gri goo ve transhumans gibi endişelerin en iyi prematüre ve muhtemelen gereksiz olduğunu düşünüyor.
Öyle olsa bile, nanoteknoloji nano ölçekteki muazzam potansiyel hakkında daha fazla şey öğrenirken bizi etkilemeye kesinlikle devam edecektir.