GYTE NANOTEKNOLOJİ ARAŞTIRMALARI MERKEZİ

          Günümüz dünyası gerek elektronik gerek mekanik, optik tüm sistemlerde ve ürünlerde daha işlevsel, boyutları küçük, daha az enerji ile daha fazla iş çıkaran teknolojilere doğru hızla kaymaktadır. Örneğin 1959 yılında bir yarıiletken silikon çipi bir tranzistor içerirken, bugün milyondan fazla içermekte ve buna bağli olarak elektronik devreler 10000 kat daha hızlı çalışmaktalar. Ilgi alanı 1-100 nm boyutlarını kapsayan ve mikroskopik yapılar ile moleküler yapılar arasında bulunan, nanoteknoloji genel adıyla adlandırılan ve elektronikten, biyolojiye, kimyaya tüm temel bilim dallarını kapsayarak disiplinlerarası kimlik kazanan, geleceğin teknolojisi, çağımızın yukarıda bahsedilen ”çok fonksiyonlu-küçük” ihtiyacına cevap vermeye çalışmaktadır. Mikro teknolojinin, 70 li yılların başında insanlığa getirdiği değişim ve devrimi, önümüzdeki bilgi çağında nanoteknoloji getirecektir.

Nanoteknoloji özet anlamıyla atomik-moleküler boyutta maddenin mühendisliğinin yapılarak yepyeni özelliklerinin açığa çıkarılmasıdır. Nanometre ölçek olarak metrenin milyarda birini ifade etmektedir. Bir nanometrede yanyana dizilmeyle ortalama 5-10 atom bulunur.  Bir kenarı 2.5 nm boyutlu bir küp, yaklaşık 1000 atom ihtiva eder. Nanoboyutlara inildiğinde madde makro-boyutlardan çok daha farklı fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikler kazanmaktadır. Nano-sistemlerin fabrikasyonu, karakterizasyonu ve manipilasyonları ile daha önce varlığı bilinmeyen çeşitli fonksiyonlar ortaya çıkartılacak; bunların verimli bir şekilde insanliğın kullanımına sunulması ile de hayat standartlarımızda önemli ilerlemeler  kaydedileceği açıktır. Gelişen vakum sistemleri ve malzeme karakterizasyon teknikleri mühendisliğe ve bilme bu seviyede çalışma yapılabilirliği sağlamıştır ve gittikçe artan oranlarda sağlamaktadır. Nanoseviyelerde görüntüleme, mekanik kuvvetler uygulayabilme ve mekanik özellik tayini, nanosaniyelerde başlayıp biten çeşitli işlemlerin yakalanabilmesi ve izlenmesi, nano-ölçeklerde kimyasal analiz gibi analitik inceleme tekniklerindeki ilerlemeler, beraberinde nanoteknoloji bilmini mühendisliğe ve oradan da uygulamalara  ulaştırmış ve sensörlerde, hafıza elemanlarında, tıpta etkili yeni cihazların ortaya çıkmasını sağlamıştır.  

            Nanoteknolojinin Dünyadaki Durumu

        Dünya nanoteknoloji pazarının 2010-2015 yıllarında yıllık yaklaşık 1 trilyon doları bulması beklenmektedir. Bu alanda 2020 yılına kadar 4 evrenin olacaği varsayılmaktadır. 2003 e kadarki ilk evrede nanotoz ve parçacıkları bunlara bağlı ince filmleri ve seramik, plastik malzemelerden oluşan pasif nanoyapılar; 2005 lerdeki ikinci evrede tranzistörlerde, yükselticilerde, ilaç endüstrisi gibi yerlerde kullanılan aktif nanoyapılar; 2010 larda 3 boyutlu nanoyapılar ve bunları oluşturma teknikleri ve 2020 lerdeki son devrede moleküler nanoteknoloji görülecektir.  Konuya dünyada en büyük yatırımı ABD yapmaktadır. Eski başkan Clinton döneminde, 1993 yılında kurulan Ulusal Bilim ve Teknoloji Konseyinin-NSTC (National Science and Technology Council) bir birimi olan  Nanobilimi Çalışma Gurubu IWGN (Interagency Working Group on Nanoscience) 1999 Ağustos ayında ilk genel raporunu hazırlayarak nanoteknolojide araştırma yönlerini açıklamıştır [1]. Aynı yıl nanoteknolojiye 255 milyon dolar yatırım yapılmıştır. Ulusal nanoteknoloji yatırımı 2003 yılı için 710 milyon dolar olarak kararlaştırılmıştır. Bu yatırımı 650 milyon dolar ile Japonya, 400 milyon dolar ile Avrupa geneli takip etmektedir. Şekil-1 de yıllara göre dünya nanoteknoloji yatırımı görülmektedir:

Şekil-1: Yıllara göre dünya nanoteknoloji yatırımı.

  2003 ABD nano bilimi, mühendisliği ve teknolojisi üç ana araştırma geliştirme konusunda yoğunlaşacaktır: 1-Nano-ölçekli üretim yöntemleri; 2- Nanoteknolojinin kimyasal-biyolojik-radyoaktif-patlayicı tesbiti ve korunmasında kullanımı; 3- Nano-ölçekte çalışan cihazların üretilmesi.

              GYTE nin Nanoteknoloji Planları

          Dünyadaki bu gelişmeye paralel olarak Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü,  bünyesinde başlatılacak olan Ulusal Nanoteknoloji Projesi ile ülkemize yeni üretim teknikleri, araçları ve genel işlevleri ve özellikleri farklı ürünler kazandırmayı hedeflemektedir. Bunun yanında nanoteknoloji ile ilgili proje ve araştırmalarda büyük eleman sıkıntısı şimdiden görülmektedir. 2020’lerde bu ıhtiyacın dünya ölçeğinde 2 milyon kişiye ulaşacağı beklenmektedir. Bu bağlamda enstitümüzün en az araştırma kadar önem verdiği bir diğer husus nano-eleman eğitimidir. Dünya standartlarında, hassas analitik cihazları kullanabilen, bilgisayar ortamlı simülasyonlarda bilgi sahibi, araştırmaya hevesli elemanlar başlatılan projeler, açılan kurs, ders ve workshop türü etkinlikler ile yetiştirilecektir. Kurulan her labratuvar aynı zamanda öğrenim yeri olacak ve geleceğın nanobilim uzmanları buralarda gerekli uygulamalı eğitim alacaklardır. 

Nanoteknoloji konulu dersler, ABD de lisan seviyesine kadar indirilmiştir. Nanoölçekli İşlemler, Nanoyapılı Malzeme ve Cihazlar, Nanobiyoteknoloji, Nanoparçacık Bilimi ve Mühendisliği, Nanoölçekli Üretim  adları altında birçok üniversitede bu doğrultuda lisansüstü eğitim başlamıştır. Ayrıca ABD Ulusal Bilim Vakfı, National Science Foundation (NSF) nanoteknolojide lisans eğitimine 2002 yılı itibarıyla 200 milyon dolarlık kaynak ayırmış, Wisconsin, Cornell, Harvard, Nothwestern gibi çeşitli üniversitelerde eğitim modülleri oluşturmuştur.  İlk etapta 10 yerde bu modüller başlatılacaktır.

            Nanoteknoloji araştırma geliştirme çalışmaları yüksek kalitede cihaz donanımı, personel ve tozdan arındırılmış ortamlar gerektirdiğinden maliyeti oldukça yüksek çalışmalardır. Enstitümüz ayrılan sınırlı bütçe ile başlangıçta nano ölçekli malzeme sentezi ve üretimi konusunda yoğunlaşacaktır.  Geniş kapsamlı organik, inorganik, biyolojik, metalik ve daha birçok  çeşit malzemelerin sentezi ve üretim işlemi üzerinde çalışmalar başlatılacaktır.

Enstitümüz kuruluş aşamasından itibaren ileri düzey araştırmaya imkan verebilecek cihaz altyapısının hazırlığına yönelmiştir. Şu aşamada bünyesinde nanoteknolojide kullanıma uygun yüksek ayırım gücüne sahip, Philipsin gelişmiş modellerinden biri olan SFEG türü taramalı elektron mikroskobu (SEM),  nanoteknolji çalışmalarının en önemli cihazı olan Atomik Kuvvet Mikroskobuna (AFM) ve ince film karakterizasyonu da yapabilen X-Işınları Difraktometresine (XRD) mevcuttur. İhtiyaç duyulacak diğer analitik inceleme cihazlarını başlangıçta komşu kurumlar olan Tübitak Marmara Araştırma Merkezi ve Türk Standartları Enstitüsü Çayırova Kalite Kampüsünden temin edecektir. Yakın devlet kurumlarında (İstanbul Teknik Üniversitesi, Marmara Üniversitesi) da mevcut olmayan diğer analitik cihazların alımına gidilecektir; buna örnek olarak Auger Electron Spectroscopy (AES) verilebilir. Auger elektronlarının analizi ile malzeme en dış yüzeyinin elementel kimyası incelenebilmektedir.

Sentezleme yoluyla üretilen nanoboyutlu yapılar, örneğin nanoparçacıklar, tozlar, tüpler ve nano-kaplamalar çok büyük yüzey-hacım oranlarına sahip olduklarından kompozit uygulamalarında, kimyasal reaksiyonlarda, ilaç endüstrisinde aktif madde iletiminde ve enerji depolamada ideal kullanım araçlarıdır. İçinde bulunduğumuz pasif nanoteknoloji döneminin gereklerini yerine getirme amaçlı olarak enstitümüzün başlangıç itibarı ile hedef aldığı araştırma alanları başlıca üç grupta toplanabilir:

A-Nanoteknoloji Metal Araştırmaları

B-Nanoteknoloji Cam, Seramik ve Plastik Araştırmaları

C-Nanoyapısal Kaplamalar

 Enstitümüz Türkiyenin en büyük endüstri havzasında bulunmaktadır ve misyonu itibarı ile bu işletmelerle aktif bir diyalog içindedir. Endüstriyle ilişkilerde gelinen bu süreç ve akademik personel uzmanlık alanları dikkate alınarak, NanoTek 2003 proje yatırımlarının ilk etabı, 10 adet alt-proje ile başlatılacaktır.  Bu projelerden bir kısmı halihazırda yürümekte olan projeler bir kısmı ise henüz hiç başlanmamış konuları içermektedir. Doğal olarak küçük imkanlarla da olsa başlatılmış olan projelere ilk zamanlar daha ağırlık verilirken, yenilerin başta eleman daha sonra cihaz altyapıları hazırlanacaktır. İlerleyen yıllarda genel ilerleme ortamını bozmadan yeni projeler ilave edilecektir.