Slayt 1

1
NANO TEKNOLOJI VE NANO KOMPOZITLER
S. Hakan YETGIN shyetgin_at_dumlupinar.edu.tr
Sakarya Üniversitesi Metal Egitimi Bölümü
2
Nano Nedir?

• Nano Yunanca bir kelime olup cüce anlamina
  gelmektedir.
• 1 Nanometre 10-9 metre
• Bir insanin saç telinin kalinliginin yaklasik
  1/80.000i kadardir.
• Nano-BILIM temel çalisma ilkesi, en küçük
  boyutlari asagi-yukari 1 ile 100 nm arasinda olan
  moleküller ve atomlardir.
• Nano-TEKNOLOJI molekül ve nano yapilarin, nano
  boyuttaki cihazlara uygulanmasi.

John R. Lloyd
3
M. Deal
4
The Scale of Things -- Nanometers and More
Things Natural
Things Manmade
Red blood cells with white cell 2-5 mm
Atoms of silicon spacing tenths of nm
5
Deb Newberry
6
Niçin Küçük Daha Iyidir?

• Hafif
• Ucuz
• Daha fazla enerji verimi
• Çok küçük araliklarda degisik özellikler

M. Deal
7
Bu kadar küçük nasil yapilabiliyor?
Bu kadar küçük nasil yapilabiliyor?
Yukaridan-Asagiya bir malzemeyi küçülterek
nano boyuta getirmek (heykel tiras gibi).
Asagidan-Yukariya atomlari bilinçli bir
sekilde dizerek nano ölçekli malzeme gelistirmek.
Bu yöntem zor olmasindan dolayi çok az
kullaniliyor.
M. Deal
8
Nano-TEKNOLOJI

• Yan yana dizilmis 10 hidrojen atomunun bir
  nanometre uzunlugunda yer kaplayacagi ya da DNA
  moleküllerinin 2,5 nanometre genisliginde oldugu
  düsünülürse bu teknolojinin hangi boyutlarda is
  görmek üzere tasarlanip gelistirildigi de
  anlasilir.
• Nanoteknoloji, temelde, malzemeyle ama,
  moleküler ve atomal düzeyde malzemeyle
  ugrasmaktadir
• Bu ugras, özellikleri, istenen islevleri yerine
  getirebilecek biçimde, insan eliyle
  tasarimlanabilen ve moleküler/atomal düzeyde
  denetlenebilen, yepyeni malzemeler, yapilar,
  organizmalar, sistemler, cihazlar yaratmak
  demektir.

9
NANOTEKNOLOJININ AMAÇLARI

• Nanometre ölçekli yapilarin analizi ve imalati
• Nanometre boyutundaki yapilarin fiziksel
  özelliklerinin anlasilmasi,
• Nano ölçekli cihazlarin gelistirilmesi,
• Nano hassasiyetli cihazlarin gelistirilmesi,
• Daha farkli ve üstün nitelikli mekanik, elektrik,
  isil, optik ve kimyasal özelliklere sahip
  materyal ve sistemler gelistirmesi.

10
Nano-teknolojinin Kullanim Ve Uygulama Alanlari

• 1-Endüstriyel Alan Otomotiv parçalari (mikro
  sensör, makine ve pompa kullanan otomobiller),
  nano boyutlu kaplamalar, chip ve cd üretmi.
• 2-Tip ve Saglik Alani Mikro-nano cerrahi (
  özellikle göz ve beyin cerr.), Hücre, doku ve
  moleküllerdeki hasarlarin belirlenmesi,
  Ultraviyole korumali kozmetik ürünler
  yaratiliyor.
• 3-Bilimsel Arastirmalar Yüzey karekterizasyonu
  ve modifikasyonu, Mikroorganizmalarin tasinmasi,
  DNA-Modifikasyonu.
• 4-Malzeme Bilimi Çok daha güçlü, hafif, kimyasal
  islemlere ve sicakliga dayanikli malzemelerin
  üretiminde kullaniliyor. Örnegin karbon
  nanotüplerden üretilmis kumaslar. Bunlar kursun
  geçirmedigi için askeriyede kullaniliyor. Bu
  yolla üretilen ve nanotext denilen kumaslar da
  leke ve bakteri tutmuyor ve çok saglam oluyor.
  Radyasyon veya isiga karsi kontrol edilebilir
  tepkiler veren malzemeler de gelistirildi.
  Nanoteknolojik isiklandirma sistemleri ile dünya
  enerji ihtiyacinin yüzde 10 oraninda azalmasi
  bekleniyor.
• 5-Enerji Nanoteknolojiyle üretilen yakit
  hücreleri, gelismis piller, günes hücreleri

11
Nanoteknolojinin Günümüzde Tipik Uygulama
Örnekleri

• Karbon nanotüp,
• Karbon lifler üreterek hidrojen bataryasi olarak
  kullanma,
• Nano kütüphaneler,
• Veri bilgi depolama (Noval data storage system),
• Hücre onarim robotlari (Cell repair units),
• Polietilen üretiminde zincir yapisi degisimi ile
  çelikten saglam tasiyici halat üretimi (Kevlar ).

12
Bazi Ülkelerde Nano-teknolojiye Yönelik Arastirma
ve Uygulamalar

• Rusya
• Boyutlari atom ve moleküllerle karsilastirilabilec
  ek ölçüde elektronik devrelerin yapimi.
• Bir molekül büyüklügünde nanoaletlerin, nano
  robotlarin gelistirilmesi
• Tugla ve briket örerek bir binanin yapimina
  benzer sekilde atom ve molekülleri tek, tek
  yakalayarak çesitli maddelerin sentezlenmesi. 
• Polonya
• Nanokristal tozlar
• Metallerden nano maddeler ve nano maddelerin
  elektronikte kullanilmasi
• Yumusak , manyetik nano maddeler
• Sarj edilebilir Lityum pil ve akü üretimi için
  seramik nanomaddeler sentezi

13

• Çek Cumhuriyeti
• Nanokompozitler ve magnezyum alasimlari
• Nano kristal tozlar
• Ince tabaka ve  metal kaplama
• Nano kaplama yüzeyler ve yari iletken nano
  yapilar
• Nanotüp üretimi
• Nükleik asitler, proteinler, polimerlerin
  yapilari ve tayini
• Süper manyetik toz nanoparçaciklar

14
Kore

• Kore Makina ve Malzeme Enstitüsü nanomekatronik,
  ileri derecede hassas isleme sistemleri (10
  nanometre hassasiyetinde), yeni islevlere yönelik
  nanomalzemeler ve akilli malzemeler
• Kore Sinaî Teknoloji Enstitüsü de yine,
  nanoölçekte, ileri derecede hassas isleme
  teknolojisi, nano-sekillendirme teknolojisi,
  nano-yüzey islemleri teknolojisi ve kristal
  yapida olmayan nanomalzemeler için teknoloji
  gelistirme
• Kore Elektronik Teknolojisi Enstitüsü ise,
  nanomekatronik, nanoölçekte kuvantum aygitlar,
  nano-biyoteknoloji, nanoteknoloji tabanli
  enformasyon ve enerji depolama üzerinde çalisiyor.

http//www.inovasyon.org
15
NANOTEKNOLOJIDE ÖNCÜ SIRKETLER

• IBM Nanoteknolojinin gelismesinde en büyük
  katkiyi saglayan STM (Scanning Tunneling
  Microscope) ve AFMyi (Atomic Force Microscope)
  kesfetti. Nanoteknoloji AR-GEsine her yil 5
  milyar dolarin üstünde yatirim yapiyor. Yilda bu
  konuda 3 bin 500 civarinda patent aliyor. Su anda
  karbon nanotüp transistörler, LCD ekranlarin
  yerine geçecek atomik isinli bilgisayar
  ekranlari, manyetik kayit sistemleri, nano yapili
  saklama cihazlariyla ilgili çalismalar yapiyor.
• General Motors Nanoteknoloji ile üretilmis
  kompozit malzemeler içeren kamyonetleri pazara
  sundu. Bu nano kompozitler çok daha hafif ancak
  bir o kadar dayanikli. GM, su anda yakit
  hücreleri, algilayicilar ve seramik motorlar
  üzerine çalismalar yapiyor.
• Nanophase Nanophase Technologies Corporation
  Piyasaya sürdügü nano-günes kremiyle ismini
  duyurdu. Toz halde seramik ve metalik malzemeleri
  içeren Nanocrystalline malzemeler üretiyor.
• Nano-Tex Dayanikli, leke ve koku tutmayan
  kumaslar üretiyor.

16
TICARETE DÖNÜSTÜREN TÜRK SIRKETLERI

• Normtest agirlikli olarak fizik,
  elektrik-elektronik, metalurji ve malzeme
  mühendisligi, kimya, biyoloji ve biyoteknoloji
  alanlarindaki nanoteknoloji ürünlerini Türkiye
  pazarina sunuyor. Bunlar ince filmler,
  malzemelerin optik özelliklerini ölçen
  spektrometreler.
• Arçelik Nanoteknoloji konusunda yapilan
  çalismalar özellikle polimer ve yüzey
  islemleri konularina odaklandi. Ilk kez 2003ün
  Eylül ayinda koku filtreli hijyen uygulamasi ile
  nanoteknoloji ürünü buzdolabini ürettiler ve son
  olarak 2004 yili Temmuz ayinda yine nanoteknoloji
  ürünü olan tam koruma üçgenli multihijyen
  buzdolabini pazara sundular. Sirket, yillik
  cirosunun 1-1,5 (yaklasik 35 milyon dolar) AR-GE
  çalismalarina aktariyor, nanoteknoloji
  çalismalari da bunun içinde.

17
TICARETE DÖNÜSTÜREN TÜRK SIRKETLERI

• Yasar Holding Yasar Grubunun boya markasi DYO,
  bir yil süren nanoteknoloji arastirmalarinin
  sonunda solmaya, kirlenmeye dirençli kendini
  temizleyen nanoteknolojiye sahip akilli boya
  üretti. Yasar Holding, nanoteknoloji AR-GEsine
  200 bin euro ayiriyor.
• Yesim Tekstil Ürettigi akilli kumaslar kolay
  ütüleniyor, çabuk kuruyor ve leke tutmuyor.
• Zorlu Enerji Yakin zamanda nanoteknoloji
  alaninda büyük bir atilim yapti. Evlerde
  elektriginizi kendinizin üretebilecegi bir aletin
  prototipini gelistirdi.

18
ARASTIRMA YAPAN ÜNIVERSITELER

• Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü
• Bilkent Üniversitesi
• ODTÜ
• ITÜ
• Gazi Üniversitesi

19
DÜNYADA NANOTEKNOLOJI YATIRIMLARI

• Nanoteknoloji alaninda dünyada en büyük yatirimi
  ABD yapiyor. Ülkede su anda 50in üzerinde
  nanoteknoloji arastirma merkezi var ve bunlara
  her geçen gün yenileri ekleniyor.
• ABDde ulusal nanoteknoloji yatirimi 2003 yili
  için 710 milyon dolardi, 2005in ilk
  yarisi için 850 milyon dolara çikarildi.
• ABDyi 650 milyon dolarlik yatirim ile Japonya,
• 400 milyon dolar ile Avrupa Birligi takip ediyor.
• Bu alanda yarisa katilan diger ülkeler Rusya,
  Israil, Güney Kore, Çin, Kanada ve Avustralya.

20
NANO HAYALLER

• Israilli bilim adamlari, biyolojik moleküllerle,
  test tüpü içinde bir bilgisayar olusturmayi
  basardilar. Amaçlari, 1 trilyon bilgisayarin
  saniyede yaptigi 1 milyar islemi, yüzde 99.8
  dogrulukla yapabilen ve yalnizca 1 Wattin on
  milyarda birinden daha az enerji kullanan bir
  bilgisayar üretmek.
• INEXteki (Newcastle Üniversitesindeki
  nanoteknoloji sirketi) bilim adamlari, Kuzey
  Ingilteredeki iki turistik merkezin çiplak gözle
  görülemeyecek kadar küçük boyutlarda modellerini
  yapti. Her iki model de silikondan yapilmis ve
  her biri yaklasik 400 mikron genisliginde. Bu
  modellerin yapiminda kullanilan teknolojinin cep
  telefonlari için küçültülmüs anten yapiminda
  kullanilmasi planlaniyor.
• Leedsteki Disiplinler Arasi Biyonanobilimler
  Enstitüsü, çok küçük dozlarda ilaç tasiyabilecek
  trenler ve denizaltilar üretmeye çalisiyor. Bu
  nano denizaltilar sayesinde cerrahi müdahaleye
  gerek kalmadan kanserli hücreler yok
  edilebilecek. Sadece kanserli hücreye
  yöneltildigi için saglikli dokular korunacak.

21
NANO HAYALLER

• Nanoteknolojiyle gelistirilen veri saklama
  yöntemiyle, örnegin Britanya Ulusal Kütüphanesi
  küçük bir sayfa boyutuna sigdirilabilecek.
• Tarimda bitki ve hayvanlar gibi yiyecek üreten
  dogal makineler, yani moleküler robotlar
  gelistirilip kullanilacak. Tarim, doga
  kosullarina bagimli olmayacak ve yiyecek sorununu
  da kökünden çözecek.
• Bilgisayarlarin hafizalari Terabytea (1024
  gigabyte) ulasacak.
• Ekolojide moleküler hijyen robotlari
  gelistirilecek.
• Enerjide maddeler nano boyuta geldigi zaman
  katalizör etkisi çok artiyor. Bu yolla egzoz gazi
  ortadan kalkacak.

22
KAYNAKLAR

• John R. Lloyd, Nanotechnology Whats the Big
  Deal? ,University Distinguished Professor,
  Department of Mechanical Engineering,October 15,
  2004
• M. Deal, Standford, 30.6. 2005
• Deb Newberry, President, Newberry Technologies
  Inc, Nanotechnology Its Like Nothing We Have
  Seen So Far

23

• NANO TÜPLER

24
Karbon Nano-tüpler

• Nanotüpler, kristalin grafitlerden olusan,
  hegzagonal örgüdeki karbon atomlarindan olusur.

Scott E. Wadley
25
Karbon Nano-tüplerin atomik yapisi
Karbonun kristal hali ? Graphite   Tabaka
yapisi tabaka içi saglam atomik bag, tabakalar
arasi zayif bag
3.4 Å
1.42 Å
26
Özellikler

• Diger malzemelere göre üstün rijitlik ve dayanim
• Olaganüstü elektriksel özellikler
• 2800 oCde vakum altinda isil denge
• Yapilarina bagli olarak ya iletken ya da
  yari-iletken
• Bakir tele göre 1000 kat daha fazla elektrik
  akimi tasima kapasitesi
• Elmasin iki kati termal iletkenlik
• Dayanimi çelikten 100 kat daha fazla, agirligi
  ise 1/6 dir.
• Insan saçindan 10.000 kez daha ince

27
MEKANIK ÖZELLIKLER

• Mekanik olarak çok saglam, kovalent bag ile bagli
  yapilar
• Farkli yariçaplarda, çok katli olabilen, çok
  kararli yapilar
• Yüksek elastik modül
• Kirilma toklugu çok yüksek
• Esnek oldugundan her türlü sekil verilebilir.

28

• Bazi genel yüksek-dayanimli malzemelerin çekme
  dayanimi

Scott E. Wadley
29
Genel Uygulamalar

• Boru
• Çubuk
• Mil
• Yay
• Disli
• Pompa

John R. Lloyd
Scott E. Wadley
Boxuan Gu David McQuilling
30
Nano Tüplerin Kullanimi

• Olaganüstü elektriksel özellikleri nedeniyle,
  televizyon ve bilgisayar gibi elektronik alaninda
  kullanilmaktadir.
• Bugünkü televizyon ve bilgisayar ekranlari Katod
  Isikli Tüpler (CRT) olarak biliniyor. Karbon nano
  bilimi kullanarak nanotüplerden gelistirilen Saha
  Yayilimli Tüp (FET) ise, bugün kullandiklarimizdan
  çok daha parlak, neredeyse göz ardi edilebilir
  kadar az enerji kullanan ve agirliklari da çok
  daha hafif olan ekranlarin üretimine geçilmesi ve
  piyasaya çiktiginda eskilerinden daha ucuz
  olmasini sagliyor

31
KAYNAKLAR

• John R. Lloyd, Nanotechnology Whats the Big
  Deal? ,University Distinguished Professor,
  Department of Mechanical Engineering,October 15,
  2004
• Boxuan Gu and David McQuilling, Nanomaterials
• Scott E. Wadley, Department of Aerospace
  Engineering at The University of Kansas, Carbon
  Nano-tubes An Overview

32
Nano-Kompozitler
33
Nano-Kompozitler

• Nanoteknolojinin özü, moleküler boyutta
  çalisarak, moleküler yapisi yenilenmis büyük
  yapilar elde etmektir. Malzemelerin nanometrik
  boyuttaki özellikleri, ayni malzemenin makro
  boyuttaki özelliklerine göre degisiklik
  göstermektedir. Nano kompozitler, bir matris
  içerisinde nanometre büyüklügünde parçaciklarin
  dagilmasi ile olusan malzemelerdir.
• Nano kompozitlerin malzemeye getirdigi
  üstünlükler modülü arttirmasi, güçlendirmesi,
  isi direncini arttirmasi, malzemeye gaz sizmasini
  engellemesi, yaniciligini azaltmasi olarak
  siralanabilir.

34

• Nanoyapili malzeme, tane/partikül boyutu 1-100 nm
  arasinda olan malzemelerdir.
• Mikro-yapili malzemelerde atomlarin küçük bir
  yüzdesi yüzeyde ya da arayüzeyde (mesela tane
  siniri) bulunmaktadir.
• Nano-malzemelerde ise bu tür yerlerdeki atomlarin
  sayisi çok daha fazladir. Dolayisi ile nanometre
  seviyelerinde malzemelerin özellikleri geleneksel
  mikroyapili malzemelerle karsilastirildiginda
  degisik olabilmektedir.

35
Nano Malzemelerin Üretim Yöntemleri

• Buhar yöntemleri
• Sivi yöntemleri
• Yas kimyasal yöntemler
• Kati yöntemler
• Buhar-sivi-kati yöntemleri

Gencer GENÇ
36
1.Buhar yöntemleri

• A. Fiziksel Buhar Depozisyonu (PVD)
• a) Inert Gaz Yogunlastirma
• b) Anlik Ergitme ve Yogunlastirma
• B. Kimyasal Buhar Depozisyonu (CVD)
• C. Sprey Dönüsümü (Aerosol) Prosesi

2.Sivi Yöntemleri
A. Sol-Jel Prosesi
Gencer GENÇ
37
3. Yas Kimyasal Yöntemler

• A. Bilesik Yöntem
• B. Polyol Prosesi

4. Kati Yöntemler
A. Mekanik alasimlama / ögütme B. Mekano Kimyasal
Yöntem
Gencer GENÇ
38
Jason Stone, Dr. Linda Schadler, Ben Ash
39
NANO-KOMPOZITLER

• Amaç
• Elektrik,
• Magnetik,
• Optik,
• Kimyasal
• özellikler açisindan digerlerinden çok iyi
  özelliklere sahip malzemelerin gelistirilmesi.

40
NANO-KOMPOZITLERIN SINIFLANDIRILMASI

• Nano kompozitleri boyutlarina göre siniflandirmak
  istenilirse nano ebatta kaç boyutu olduguna
  bakilir.
• Nano kompozit üç boyutta da nanometrik seviyede
  ise isodimensional nanopartiküller olarak
  adlandirilir ve in-situ, sol-gel metodu ile elde
  edilen kübik silis nano partikülleri buna bir
  örnek olarak verilebilir.
• Eger nano kompozit 2 boyutta nanometrik ve diger
  boyutta daha büyük boyda ise nano tüpler veya kil
  kristalleri (whiskers) olarak adlandirilirlar.
  Selülozik kil kristalleri ve karbon nano tüpler
  bu tip nano kompozitlere örnek olarak verilebilir
  ve bunlar malzemelerin güçlendirmesinde nano
  dolgu maddesi olarak kullanilirlar.
• Üçüncü çesit nano kompozit ise sadece tek boyutta
  nanometrik seviyededir. Bu tür nano kompozitlerde
  dolgu malzemesi bir defter yapragi gibi yalnizca
  tek bir boyutta nanometrik seviyededir, diger
  boyutlarda ise yüzlerce yada binlerce nanometre
  boyutundadir.

Volkan ÖZENÇ, Hüseyin ÇAKIR
41
NANO-KOMPOZITLER
metal / seramik
metal / metal
seramik / seramik
Nano Kompozitler
polimer / seramik
inorganik/ polimer
polimer / polimer
42
NANO-KOMPOZITLER

• Nanokompozitler seramik/seramik
• Al2O3/(SiC, Si3N4, TiC, TiN, TiB2, BN), MgO/SiC,
• Si3N4/(SiC, TiN, BN), Sialon/SiC, B4C/SiC,
  B4C/SiC/TiB2
• 2. Nanokompozitler seramik/metal
  
• Al2O3/(W, Mo, Ti, Ni, Co, Fe, FeNi), ZrO2/(Mo,
  Ni. Co)
• MgO/(Fe, Ni)
• 3. Nanokompozit temelli fonksiyonel seramikler
  
• BaTiO3, ZnO, c-ZrO2 based nanocomposites
• 4. Nanokompozitler metal/seramic
• Ti-Al Intermetalic based nanocomposites, MoSi2
  based nanocomposites
• 5. Nanokompozitler polimer/seramik ve
  polimer/metal

Mustafa Tuncer
43

Mustafa Tuncer
44
NANO-KOMPOZITLER

• Nanoboyuttaki tozlar, gelismis özelliklere sahip
  nanokompozitleri olusturmak üzere seramik, metal
  ya da polimer gibi malzemeler içinde
  destekleyici olarak kullanilmaktadir.
• Nano toz / Nano toz seramik kompozitler için
  kullanilacak tozlar
• Yüksek kimyasal saflik
• Homojen toz boyut dagilimi
• Düsük topaklasma
• Nano boyutta homojen olarak dagilmis tozlarin
  elde edilmesi gerekir.
• BU NEDENLE TOZ ÜRETIM YÖNTEMI ÖNEMLI BIR
  BASAMAKTIR.

Mustafa Tuncer
45
TOZ ÜRETIMI IÇIN FARKLI SENTEZLEME YÖNTEMLERI
MEKANIKSEL YÖNTEM Atritör ögütme Titresimli ögütme Bilyali ögütme
ISIL AYRISMA Isitma (buharlasma) Püskürtmeli Kurutma Alev Püskürtme Plazma Püskürme Kimyasal Buhar Çökelme Dondurarak Kurutma Yanma Lazer Saçilmasi Elektron Saçinimi
ÇÖKELME HIDROLIZ Homojen Çökelme Heterojen Çökelme Metaloksit Tuzlari Organometalik Tuzlar Sol - Jel
HIDROTERMAL Çökelme Kristallenme Ayrisma Oksidasyon Elektrokimyasal Mekanokimyasal
ERITME HIZLI SOGUTMA
Mustafa Tuncer
46
KAYNAKLAR

• 1) Jason Stone,Dr. Linda Schadler, Ben
  Ash,Alumina Filled PMMA,(Poly-ethlymethacrylate),
  Materials Science and Engineering
• 2) Mustafa Tuncer, Alümina/Zirkon Kompozitler
  Için nanoboyutta toz üretimi, Dumlupinar
  Üniversitesi, Seramik Mühendisligi Bölümü
• 3)Volkan ÖZENÇ, Hüseyin ÇAKIR, Nanokompozit
  poliüretan üretimi
• 4) Gencer Genç, Nano fazli malzemeler