Karbon ve Nanoteknoloji

karbon-ve-nanoteknoloji

Değerli okuyucular; yer yüzünün en önemli elementlerinden olan karbon, yerkabuğunun yaklaşık %0,2 sini oluşturur. Periyodik cetvelin  4A grubunda yer alır ve atom numarası 6 dır. Karbonun atomik ve genel özelliklerinden bazıları aşağıda sıralanmıştır.

karbon-ve-nanoteknoloji-1

Kristal yapısı Kübik Maddenin hali Katı
Yükseltgenme seviyeleri 4, 2  Yoğunluk 2.267 g/cm³
Elektronegatifliği 2,55 Pauling ölçeği   Sıvı haldeki yoğunluğu 2.267 g/cm³
İyonlaşma enerjisi 1086,5 kJ/mol  Ergime noktası 4300–4700 °K
4027-4427 °C
Atom yarıçapı 70 pm  Kaynama noktası 4000 °K
3727 °C
Atom yarıçapı (hes.) 67 pm  Ergime ısısı 100 kJ/mol
Kovalent yarıçapı 77 pm  Buharlaşma ısısı 120 kJ/mol
Van der Waals yarıçapı 170 pm  Isı kapasitesi 8.517 (grafit)
6.115 (elmas) J/(mol·K)

Aynı elementin atomlarının uzayda farklı şekilde dizilmesi sonucunda oluşan geometrik şekillerdeki yapılarına allotrop denir.

Karbonun üç allotropu vardır. Bunlar elmas grafit ve fullerendir. ELMAS; çok sağlam bir yapıya sahiptir ve doğal maddelerin içinde en sertidir. Bu özellikleri sayesinde diğer bütün maddeleri çizebilir, ideal bir aşındırıcıdır. Şeffaf olan ve elektrik iletkenliği olmayan elmas, iyi bir ısı iletkenidir. GRAFİT; siyah, parlak ve iletken bir katıdır. Elektrik iletkeni olarak endüstride kullanılır. Grafitte tabakalar birbiri üzerinde kolayca

Kayabildiği için yağlayıcı olarak, elektrik-elektronik, boya, çelik, motor, döküm endüstrisinde, kurşun kalem yapımında ve daha birçok alanda kullanılır.

Karbonun yapay allotropları da vardır. Bu allotroplara genel olarak fulleren denir. Fullerenlerin yapısı grafite benzer. Fakat grafit gibi tabakalar hâlinde değildir. Fullerenler bir tabakadan oluşur ve bu tabakada karbon atomları sadece altıgen değil, beşgen hatta yedigen halkalar olarak da dizilebilir. Fullerenler nanometre boyutunda ve sağlam yapıda olduğu için endüstride oldukça önemlidir. Karbonun bu tür nano yapıları top, tüp, çubuk ve halka şeklinde sınıflandırılabilir. Fullerenlerin keşfi yeni bir kimya alanının ortaya çıkmasına yol açmıştır. 1991 yılında, Lijima tarafından, karbonun tüp şeklinde yapı oluşturabileceği, deneysel olarak fark edildi. Grafitten özel yöntemlerle elde edilen tüpler, nanometre boyutunda oldukları için nanotüp olarak adlandırılır.

Nanoteknoloji

Kelime karşılığı Latince de çok küçük boyutlu, bilimsel karşılığı ise metrenin milyarda biri anlamına gelen ölçü birimidir. Nano kelimesi Yunanca “nannos” kelimesinden gelir  ve “küçük yaşlı adam veya cüce” demektir. Günümüzde nano teknik bir ölçü birimi olarak kullanılır ve herhangi bir birimin milyarda biri anlamını taşır. Bir nanometre metrenin milyarda birine denk gelir.

Nano bilim ve nano teknolojinin tam bir tanımı olmamakla birlikte genel görüşe göre 1-100 nanometre boyutlarda Maddelerin anlaşılması kontrol edilmesi ve atomsal seviyede değiştirilip işlevsel hale getirilmesidir. Nano teknoloji çok genel tanımıyla istisnai şekilde küçük (yaklaşık Atom boyutlarında) yapıların ticari bir amaca hizmet edebilecek şekilde düzenlenmesidir. Maddeler üzerinde 100 nanometre ölçeğinden küçük boyutlarda gerçekleştirilen işleme ölçüm modelleme ve düzenleme gibi çalışmalar nano-teknoloji çalışmaları olarak nitelenir.

Karbon Nanotüp, karbon elementinin uzunluk-çap oranı 28×106:1 olan allotropu. Bu oran başka herhangi bir malzemenin sahip olabileceğinden daha büyüktür. Tek katmanlı (tek duvarlı) ya da çok katmanlı (çoklu duvarlı) karbon nanotüpler mevcuttur. Karbon nanotüplerin yapısını açıklayabilecek en basit model tek duvarlı bir tüp için şu şekildedir: Tek sıra karbon atomundan oluşan bir grafen katmanının, silindir şeklinde bükülerek uçlarının birleştirildiği ve grafen içerisindeki bağların aynısından oluşturulduğu düşünülürse bu yapı tek duvarlı bir karbon nanotüple aynı yapı olur.

Nano teknoloji kullanılarak üretilmiş çeşitli ürünler şimdiden yaşamımıza girdi. Bu ürünler içinde kir tutmayan duvar boyaları küvet ve lavabolar, kirlenmeyen ıslanmayan ve ütü gerektirmeyen kumaşlar, bakteri ve mikropları öldüren filtreler ve çeşitli yüzeyler,  el ve yüz kremleri, tenis raketleri ve tenis topları, mantarları ve bakterileri öldüren çoraplar yer alıyor. Nano teknoloji yaşayan sistemlere moleküler seviyelerde müdahale etme imkanı yaratabilir. Sadece hastalığın bulunduğu ve yayıldığı bölgelere saldırarak ilaç veren makineler insan vücudu içinde hareket edilmesine imkan sağlayan teşhis araçları nano-teknolojinin tıp ve sağlık sektörü üzerindeki potansiyel uygulamaları olarak gösterilebilir. Hidrojenin yakıt olarak kullanılmasının önündeki engellerden birisi de depolanmasıdır. Ancak işlevleştirilen nanotüpler sayesinde bu moleküllere çok yüksek kapasitede hidrojen depolanabileceği ortaya çıkmıştır. Bu buluş, geleceğin otomobillerinde kullanılacak verimli yakıt hücreleri ve katalizörlerin tasarımında kullanılabilecektir. Yakın bir gelecekte, giydiğimiz tişört, üzerindeki nanosensörler sayesinde nabız, sıcaklık, tansiyon ve kan şekeri gibi vücut fonksiyonlarımızdaki

değişimleri belirleyip bizi veya kablosuz bir hatla doktorumuzu uyarabilecektir. Nanoteknoloji; ulaşım, bilgisayar, yarı iletken, iletişim, malzeme, kimya, çevre, enerji ve savunma gibi birçok endüstri alanında uygulama alanı bulmaktadır. Bunların dışında tıpta birçok alanda özellikle kanser tedavisinde kullanılabilecektir.

Nanoteknolojinin faydaları şunlardır;

  • Denenmiş, sürekli ve daha etkili uzun koruma süresi. Tatbik edilen malzemenin değerini koruması, çevre ve iklim etkileri ile çizilmelere karşı daha dayanıklı olması.
  • Her türden tekstil ürünü ve yüzeyler için bakım kolaylığı, daha uzun süreli gözle görülebilir ve sağlıklı temizlik, kolay temizlik, cildi hiçbir şekilde etkilememesi, anti bakteriyel olması, alerji hastalarına uygun olması ve birçok sair olumlu özelliği mevcuttur.
  • Akla gelebilecek her türden yüzeye kolay ve basit bir şekilde uygulanabilirlik.
  • Boncuk teşkili etkisinin zayıflaması halinde muhtemelen bir temizlik yapılması gerekiyordur. Bu gibi durumlarda yüzeyin veya tekstil ürününün yumuşak bir temizlik maddesi ile temizlenmesi ve bolca su ile çalkalanması gerekir. Bu işlemden sonra boncuklaşma etkisi tekrar kendini gösterecektir (Tekstil ürünlerinde kuruduktan sonra). Kaplama zarar görmüşse, zarar gören kısımların tekrardan onarılması mümkündür.

“Gelecek için Karbon temelli nano teknolojiyi kullanalım. Karbon emisyonunu ve sera etkisini azaltalım.”

Kaynaklar

  1. Anorganik Kimya
  2.  tr.wikipedia.org/wiki/Nanoteknoloji
  3. Modern Üniversite Kimyası
  4. nanoteknoloji.nedir.com/
  5. www.biltek.tubitak.gov.tr/bdergi/yeniufuk/icerik/nanoteknoloji.pdf

 

Yazar : Mustafa ALTUNKAYNAK

Üniversite : Uludağ Üniversitesi

Bölüm : Kimyager

Dergi : Sayı 19– Sayfa 18

Okumanızı Öneriyoruz

Slime

Slime aslında Newton tipi olmayan bir akışkan olarak tanımlanabilir. Bu terim kulağınıza biraz teknik gelebilir …