27
05.03.2017 1 Doç. Dr. Atilla Evcin Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü Nanolif Üretimi ve Uygulamaları Nanolif Üretimi ve Uygulmaları Nanoteknoloji ve Nanolifler Nanolif Üretim Teknikleri Elektroeğirmenin Temelleri : Malzeme Cinsi Elektroeğirmenin Temelleri : Çözelti Özellikleri Elektroeğirmenin Parametreleri : Polimer Çözelti Parametreleri Elektroeğirmenin Parametreleri : Proses Şartları Elektroeğirmenin Parametreleri : Çevre Parametreleri Nanoliflerin Karakterizasyonu : Morfolojik Nanoliflerin Karakterizasyonu : Moleküler yapı Nanoliflerin Karakterizasyonu : Mekanik Özellikler Nanoliflerin Uygulamaları Membranlar, Medikal Uygulamaları, Tekstildeki Uygulamaları, Enerji ve Elektrik Uygulamaları, Sensörler, Kompozit Güçlendirme, Endüstriyel Uygulamalar Arasınav % 30 Ödev/Seminer % 20 Final Sınavı % 50 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

1

Doç. Dr. Atilla EvcinMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Bölümü

Nanolif Üretimi ve Uygulamaları

Nanolif Üretimi ve Uygulmaları• Nanoteknoloji ve Nanolifler• Nanolif Üretim Teknikleri• Elektroeğirmenin Temelleri : Malzeme Cinsi • Elektroeğirmenin Temelleri : Çözelti Özellikleri• Elektroeğirmenin Parametreleri : Polimer Çözelti Parametreleri • Elektroeğirmenin Parametreleri : Proses Şartları• Elektroeğirmenin Parametreleri : Çevre Parametreleri • Nanoliflerin Karakterizasyonu : Morfolojik• Nanoliflerin Karakterizasyonu : Moleküler yapı• Nanoliflerin Karakterizasyonu : Mekanik Özellikler• Nanoliflerin Uygulamaları

– Membranlar, – Medikal Uygulamaları, – Tekstildeki Uygulamaları, – Enerji ve Elektrik Uygulamaları, – Sensörler, – Kompozit Güçlendirme, – Endüstriyel Uygulamalar

• Arasınav % 30• Ödev/Seminer % 20• Final Sınavı % 50

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 2: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

2

Ödev Konuları

Ödevler power point sunum şeklinde hazırlanıp arasınav sonunda teslim edilecektir. [email protected]

• Selected SynthesisMethods, Propertiesand Applications,

• Ed. Philippe Knauth, • KLUWER ACADEMIC

PUBLISHERS, • 2002

Kaynaklar

• Electrospinning: Materials, Processing, and Applications

• Joachim H. Wendorff , Seema Agarwal , Andreas Greiner

• ISBN-13: 978-3527320806

• ISBN-10: 3527320806• Wiley-VCH; 1 edition,

2012

Kaynaklar

• Fundamentals and Applications of Micro- and Nanofibers

• Alexander L. Yarin • Behnam Pourdeyhimi• Seeram Ramakrishna• ISBN-13: 978-1107060296

ISBN-10: 110706029X• Cambridge University Press;

1 edition (July 21, 2014)

Kaynaklar

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 3: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

3

• Electrospinning: Principles, Practice and Possibilities (RSC Polymer Chemistry Series)

• Geoffrey R Mitchell (Editor), Ben Zhong Tang (Editor), Fred J Davis

• ISBN-13: 978-1849735568 • ISBN-10: 1849735565• Royal Society of Chemistry

2015

Kaynaklar

• An Introduction toElectrospinning andNanofibers– Seeram Ramakrishna,

Kazutoshi Fujihara, Wee-Eong Teo.Teik-Cheng Lim &Zuwei Ma

– National University ofSingapore

– ISBN: 978-981-256-415-3– World Scientific, 2005

Kaynaklar

• Electrospun Nanofibers for Energy and Environmental Applications (Nanostructure Science and Technology)

•• Bin Ding (Editor), • Jianyong Yu (Editor) • Be the first to review this item • ISBN-13: 978-3642541599

ISBN-10: 3642541593• Springer; 2014 edition

Kaynaklar

• Introduction to Nanofiber Materials

• Frank K. Ko (Author), • Yuqin Wan (Author) • ISBN-13: 978-

0521879835 • ISBN-10: 0521879833• Cambridge University

Press; 1 edition,2014

Kaynaklar

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 4: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

4

• Nanoscale Materialsin Chemistry, 2nd Edition

• Kenneth J. Klabunde(Editor), Ryan M. Richards (Editor)

• John Wiley & Sons, Inc., Publication,

• 2001

• Nanomaterials • S. Mitura• Pergamon Press

Inc• 2000

• Nanocrystalline Metals and Oxides: Selected Properties and Applications (Electronic Materials: Science & Technology)

• Philippe Knauth (Editor), Joop Schoonman(Editor)

• Springer• 2002

• Nanomaterials: Synthesis, Properties and Applications, Second Edition

• A.S Edelstein(Editor), R.C Cammaratra (Editor)

• Taylor & Francis• 1998

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 5: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

5

• Nano-Surface Chemistry

• Ed. Morton Rosoff

• Marcel Dekker, Inc.• 2002

• Handbook of Nanoscience, Engineering, and Technology, Third Edition

• Ed. William A. GoddardIII, Donald Brenner, Sergey Edward Lyshevski, Gerald J Iafrate

• CRC Press• 2012

• Introduction to Nanoscience

• Stuart Lindsay• Oxford

University Press, USA

• 2009

• Introduction toNanoscience

• Gabor L. Hornyak, JoydeepDutta, H.F. Tibbals and AnilRao

• CRC Press• 2008

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 6: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

6

• Nanoscience: The Science of the Small in Physics, Engineering, Chemistry, Biology and Medicine

• Hans-EckhardtSchaefer

• Springer• 2010

• Introductory Nanoscience: Physical and Chemical Concepts

• Masaru Kuno

• Garland Science• 2011

• Nanoengineering of Structural, Functional and Smart Materials

• Mark J. Schulz, AjitD. Kelkar andMannur J. Sundaresan

• Taylor Francis• 2005

Bu derste tartışacağımız şeyler :

• Nanoyapılar ne büyüklüktedir ?Nanoboyut altındaki ölçeğe inme

• Nanoyapılar nasıl yapılır?Üretim ve sentez

• Onları nasıl görebiliriz?Görüntüleme ve karakterizasyon

• Neden önemsiyoruz?Bilim, teknoloji ve topluma uygulama

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 7: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

7

Nesneleri neden küçük yapmak istiyoruz ?

• Onları daha küçük ölçekte üreterek; dahaucuz, daha küçük, daha hızlı ve daha iyiyapmak için. (Elektronikler, katalizörler, susaflaştırma, güneş hücreleri, kaplamalarvd.)

• Bilim ve teknolojiye yeni ufuklar katmak için. (Kuantum davranışı ve diğer etkiler.)

Nanoteknoloji

• Nanoteknoloji, kabaca 1 ile 100 nmboyutlarındaki maddelerin kontrolü veanlaşılmasıdır.1 nanometre = 1 x 10-9 m

• Bir insan saçını hayal edin

Bir Nanometre ne kadardır?

Beyaz kan hücresi

deri

DNA atomnanoölçek

Source: http://www.materialsworld.net/nclt/docs/Introduction%20to%20Nano%201-18-05.pdf

27

Boyutu anlamak

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 8: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

8

Nanobilim

• Nanobilim, atomik, moleküler vemakromoleküler seviyede malzemelerinişlenmesi ve özelliklerini inceleyendisiplinlerarası bilim dalıdır.

• Daha büyük ölçeklerde madde özellikleribelirgin derecede farklıdır.

Nanoyapılar ne kadar küçüktür?

İnsan saçı

Genişlik = 0.1 mm

= 100 mikrometre

= 100,000 nanometre !

1 nanometre = (10-9) metre

Daha da küçük

Saç

.

Kırmızı kan hücresi

6,000 nanometresDNA

3 nanometre

İlk Nanoteknolojist ?

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 9: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

9

Benjamin Franklin’in William Brownrigg’e mektubundan alıntı (Kasım 7,1773)

...Clapham’da, ki orası halka açık büyük bir gölettir, bir şişepetrol getirdim ve suyun üzerine küçük bir miktar damlattım.Yüzey üzerinde hızlı bir şekilde şaşırtıcı biçimdekendiliğinden yayıldığını gördüm. Petrol bir çay kaşığı kadarbile yoktu. Ki olağanüstü bir şekilde yayıldı ve karşı tarafakadar genişledi. Neredeyse göletin dörtte birini kaplamıştı.Belki de 4 acre (200m x 20 m)…Pürüzsüz bir cam gibi…

... Bir çay kaşığından bile fazla olmayan petrol...

... Belkide yarım Acre (4047 m2)

Petrol filmi ne kadar inceydi ?Hacim = (Alan)(Kalınlık)

V = A t

Nano boyutla ilgili örnekler

• Tırnaklarımız saniyede 1 nm uzarlar.• Bir toplu iğnenin başı yaklaşık 1 milyon

nm’dir.• Bir insan saçı yaklaşık 80.000 nm

çapındadır.• Bir DNA molekülü yaklaşık 1-2 nm

genişliğindedir.• Son nesil Pentium Core Duo işlemcisinin

transistörü 45 nm’dir.

“Nano”yu özel yapan nedir ?

• Nano çok çok küçüktür ama neden özeldir ?• Nanobilim ve nanoteknolojiyi malzeme,

mühendislik ve ilgili bilimlerde böylesinegelecek vaad eden birçok neden vardır.

• İlk olarak nanometre ölçeğinde maddeninenerji gibi özelliği değişir. Bu tamamenkuantum etkileriyle fiziksel olarak açıklanannanomalzemenin küçük boyutunun birsonucudur.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 10: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

10

• Nano boyuttaki bir malzemenin özellikleri,aynı malzemenin bulk formundakiözelliklerinden tamamıyla farklıdır.

• Örneğin ; bulk gümüş toksik değildir,halbuki gümüş nanotanecikleri temasettiğinde virüsleri öldürebilir.

• Aynı şekilde – Elektriksel iletkenlik– Renk– Mukavemet– Erime noktası

gibi birçok özelliği nano seviyeye indiğinde değişir.

• Aynı metal nanoseviyede yarıiletken veya yalıtkan olabilir.

Boyuta bağlı özelliklerNanometre ölçeğinde özellikler keskin derecede boyuta bağlı olur.Örneğin,(1) Termal özellikler – ergime sıcaklığı(2) Mekanik özellikler– adezyon, kapiler kuvvetler(3) Optik özellikler – absorpsiyon ve ışığın saçılması(4) Elektrik özellikler – tünnelleme akımı(5) Magnetik özellikler – superparamagnetik etki

Yeni özellikler yeni uygulama alanları doğuracaktır.

Örneğin 3 nm CdSe nanokristal 1678 K’de ergiyen bulk CdSe ile kıyaslandığında 700 K’de ergir.

Ergime sıcaklığı

Nanokristal boyutu düşerse…

yüzey enerjisi artar…

…ergime noktası azalır.

Nedeni : Yüzeyin enerjisi/hacmin enerjisi oranı keskin bir şekilde değişir.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 11: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

11

Altın taneciklerinin ergime noktası tane boyutu 5 nm altına indiğinde belirgin bir şekilde düşer.

Source: Nanoscale Materials in Chemistry, Wiley, 2001

Erime Noktası

• Tane boyutunun bir fonksiyonu olarak metalin erime noktasının değişimi, birçok araştırmacının ilgisini çeken ilk etkileri arasında olmuştur.

• Boyuttaki azalma erime noktasını yüzlerce derece azaltabilir.

42

• Nanomalzemeler belirgin derecede daha düşük ergime noktası ve faz geçiş sıcaklığına sahiptirler.

• Nedeni ; atomlararası boşluk azaldığından dolayı kafes sabitleri de azalır.

• Örneğin ; bulk Altının ergime noktası 1337 K iken, 5 nm altındaki çaplı nanotaneciklerininki 300 K altındadır.

43

44

Eğer numuneyi kesmeye devam ederseniz, serbest bağların sayısının artmasıyla toplam yüzey serbest enerjisini ve Gibbs serbest enerjisini artırırsınız. Bu da ergime noktasının düşmesine neden olur.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 12: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

12

• Nanomalzemelerin mekanik özellikleri teorik mukavemete ulaşabilir.

• Mekanik mukavemetteki artış muhtemel hataların azalmasındandır.

• Daha küçük yapılar, daha az yüzey hatasına sahiptir.

45

NaCI viskerslerin mekanik mukavemeti boyutları 1 mikron altına indikçe belirgin şekilde teorik mukavemete yaklaşır. 46

47

Tane boyutuyla Mukavemet ve Sertlik

• Nanoyapılı malzemelerin mukavemet ve sertliği boyutun azalmasıyla artar

• Tane sınırlarının deformasyonu

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 13: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

13

49

• Nanomalzemelerin tane boyutuna vedalgaboyuna bağlılığı, görünür bölge içintransparan ve UV ışık için ise opak vebloklayıcı şekildedir.

Optik Özellikler

• Nanomalzemelerin optik özellikleri bulkkristallerdekinden belirgin derecedefarklı olabilir. Bu kuantum boyut etkisinedeniyle olur.

• Yarı iletken nanotaneciklerde kuantumboyut etkisi belirgindir. Burada boyutazalmasıyla band genişliği de artar.

• Nanoboyutta altının soğurduğu ışıkdalga boyu farklıdır. Bu nedenle farklırenkte görünür.

50

51

52

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 14: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

14

• ZnO, CdS ve Si gibi yarıiletkenler için band genişliği taneciğin boyutuyla değişir.

• Band genişliği; değerlik bandından iletkenlik bandına bir elektronu geçirmek için gereken enerjidir.

• Band genişliği görünür bölgede yayılırsa, boyutla band genişliğindeki bir değişim renkte değişime yol açar.

53

• Yığın Altın– Parlaktır– İnerttir– Elektriği iletir– Daima altın rengindedir

• Altın Nanoparçacıklar– Boyut ve kümesine bağlı olarak görünüşü değişir– Asla altın renginde değildir– Bir renk aralığında bulunur– Çok iyi bir katalizördür– Metal değildir fakat yarıiletkendir 54

Nanoaltın• Bulk altın sarı renklidir.• Nanoboyutlu altın ise kırmızı,mavi sarı gibi

renklerde görünür.– Tanecikler öyle küçüktür ki, elektronlar bulk

altındaki gibi hareket etmek için serbest değillerdir.

– Çünkü bu hareket sınırlıdır ve tanecikler ışıkla farklı şekilde reaksiyon verirler.

55

Geleneksel ZnO

Nano ZnO

Çinko oksit (ZnO)• Büyük ZnO tanecikleri

– UV ışığı bloke eder– Görünür ışığı dağıtır– Beyaz görünür

• Nanoboyutlu ZnO tanecikleri– UV ışığı bloke eder– Görünür ışık dalga boyuyla

karşılaştırıldığında öyle küçüktür ki, onları dağıtmaz

– Transparan görünür• Güneş koruma kremlerinde

kullanılır

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 15: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

15

Elektriksel İletkenlik

• Nanomalzeme ve nanoyapıların elektriksel iletkenliği üzerine boyutun etkisi de karmaşıktır.

• Nanoölçekte elektriksel yalıtkanlar, elektrik akımının akışını bloke etmeye başlar. Yalıtkanın kalınlığı azaldığı için akım katlanarak artar.

57

• Nanoyapılar ve nanomalzemelerinelektriksel iletkenliği üzerine boyutunetkisi karmaşıktır ve farklımekanizmaya dayanır.

• Safsızlık atomları, boşluk ve tanesınırları gibi hatalar kafesin elektrikpotansiyelini dağıtır ve etkili olarakelektron saçılmasına neden olur. Yüzeysaçılmasının artması nedeniyleelektriksel iletkenlik azalır.

58

• Boyut nanometre ölçeğine indiğinde,elektriksel iletkenlik düzenlimikroyapının oluşması nedeniyledeğişebilir.

• Örneğin fiberlerin çaplarındakiazalmayla elektriksel iletkenliktekibelirgin artma, 500 nm altındakiçaplarda elde edilmiştir.

59

• Boyutun fonksiyonu olarak poliheterosiklik fiberlerin elektriksel iletkenliğinin değişimi

60

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 16: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

16

Source: http://www.weizmann.ac.il/chemphys/kral/nano2.jpg

Nanotüplerin iletkenliği• Nanotüpler uzundurlar ve karbonun ince

silindirleri şeklindedirler– Onlar çelikten 100 kat daha mukavemetlidir, çok

esnektir eşsiz elektriksel özelliklere sahiptir.• Elektriksel özellikleri çaplarıyla değişir.

– Onlar elektriksel davranış olarak ya iletken ya da yarı iletken olabilir.

Elektrik akımı tüpün yapısıyla

değişir

Multi-walled

62

Manyetik Özellikler• Temel Özellikler

• Nano boyuttaki ferromanyetik malzemelerinmanyetik özelliklerindeki değişimi, onlarınküçük hacimli olmalarının ve tane sınırlarında/ ara yüzeylerde bulunan büyük miktardakiatom sayısının neden olduğu söylenebilir.

• Eğer tek hücreli nano boyutlu ferromanyetikparçacıklar ( örneğin Fe, Co veya Ni )manyetik olmayan matris içine konulursa,süper paramanyetik malzeme elde edilir.

• Nanomalzemelerin magnetik özelliği,bulk malzemelerinkinden farklıdır.

63

• Nanometremertebesindeferromagnetizmayok olur vesüpermagnetizmayatransfer olur. Bu dayüzey enerjisinedeniyledir.

64

Kimyasal ÖzelliklerNanomalzemelerde boyutun nanoölçeğe inmesi yapıda mükemmelliği artırır. Artan mükemmellik kimyasal kararlılığı artırır.

Altın kolaylıkla oksitlenmeyen, reaksiyona girmeyen bir metal iken, nano boyutta çok reaktif olmaktadır.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 17: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

17

65

• Azalan tane boyutu ile yüzey atomlarınınoranının artışı, yüzey atomlarının temelkatalitik prosesler için aktif merkez halinegelmesinden, küçük metal partikülleri katalitikaçıdan yüksek oranda reaktif hale getirir.

• Yüzey atomlarının arasında, köşelerde vesınırlarda bulunan atomlar düz bölgedekileregöre daha aktiftir.

• Tane boyutu azaldıkça sınırlardaki veköşelerdeki atomların oranı da artmaktadır vebu çok küçük taneli metallerin katalizör olaraktercih edilme nedenidir

66

67• TiO2, Fe2O3, Fe2O3/Au, Ag fotokatalitik etkisi

68

Yayınım ve Sinterleşme

• Nanokristalli malzemeler tane sınırlarında çokfazla atom içerdiklerinden, bulunan yükseksayıdaki arayüzeyler, yüksek yoğunlukta kısa-devre yayınım yolları sağlamaktadır.

• Bu nedenle, aynı kimyasal kompozisyonasahip geleneksel iri taneli polikristallimalzemelerle ve tek kristallerlekarşılaştırıldığında çok daha artmış yayınımözelliği göstermesi beklenmektedir.

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 18: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

18

69

Yayınım ve Sinterleşme

• Bu artan yayınım özelliği,– mekanik özelliklerde (sürünme ve süper

plastiklik),– göreceli olarak daha düşük sıcaklıklarda

nanokristalli malzemelerin safsızlıklarla dahaetkin katkılama kabiliyetinde,

– karıştırılamaz metallerden çok daha düşüksıcaklıklarda alaşım fazları sentezlemede

önemli işleve sahiptir

70

• Artan yayınım özelliğinin bir diğer önemlisonucu, nanokristalli tozların iri taneli polikristallimalzemelere göre çok daha düşük sıcaklıklardasinterleşmesidir.

• Sinterleşmede önemli gelişme nanokristallirutilin (TiO2) iri taneli rutil yerine kıyaslanması ileelde edilmiştir.

• Örneğin 12 nm tane boyutundaki TiO2’nin, çevrebasınçlarında 1.3 μm boyutundaki TiO2 içingerekli sıcaklıktan 400-600 C daha düşüksıcaklıkta ve herhangi bir sıkılaştırma veyasinterleştirmeyi kolaylaştıracak katkı malzemesikullanmadan, sinterleştiği gözlenmiştir.

71

• Benzer şekilde nanokristalli titanyumaluminatların tam konsolidasyonu için HIPsıcaklığı 400 C daha düşüktür

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 19: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

19

Nanoteknoloji Dili

•Nanobio•Nanodots•Nanowires•Nanoelectronics•Nanobots•Nanomaterials•Nanochondria

Aman Allah’ım!

6

Doğadaki nanobilim : Büyük bir başlangıç noktası

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 20: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

20

Nanoteknoloji disiplinler arası ve birçok endüstriyi etkileyen bir

bilimdir.• Physics• Chemistry• Biology• Materials Science• Polymer Science• Electrical Engineering• Chemical Engineering• Mechanical Engineering• Medicine• And others

• Electronics• Materials• Health/Biotech• Chemical• Environmental• Energy• Aerospace• Automotive• Security• Forest products• And others

Daha daha küçüğü yapmak !!!Örnek: Elektronikler-Mikroişlemciler

ibm.com

intel.com

Elektronikler daha iyiye doğru gitmektedirMoore Kanunu : Bir mikroişlemci başına transistör sayısı

Nanoyapıların yapımı: Nanofabrikasyon

• Top down’a karşı bottom up metodları

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 21: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

21

Mikroskobik bir kalıp yapma

Silicon crystal

Polymer film

Electron Beam

Nanoskopik Kalıp !

Örnek: Electron-Beam Lithography

Litografi

IBMCopperWiringOn aComputerChip

PatternedSeveral Times

Bu noktaya nasıl geldik?

Yeni araçlar !Araçlar değiştiği için ne görebilir ve ne gibi değişiklik yapabiliriz ?

83

Nanoyapıları nasıl görebiliriz?

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 22: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

22

Işık kullanarak görmek

• Çıplak insan gözü yaklaşık 20 mikron görebilir

• Bir insan saçı yaklaşık 50-100 mikronkalınlığındadır

• Işık mikroskopları 1 mikronu görmemize yardımcı olur

85

Işığı kullanarak görmek

• Bir ışık mikroskobu? Faydalı, ama 1000 nm altını çözümleyemez

• Bir elektron mikroskobu? Nanoölçekteki faydası uzun bir geçmişe sahiptir.

• 1930 lardakeşfedilmiştir. 10 nmye kadar nesneleri görmemizi sağlar

Elektronları kullanarak görmek

• Taramalı probmikroskobu (ScanningProbe Microscopy) ? Görüntülemede gelişmiş en yeni araç.

• 1980 lerde geliştirildi.• Atom gibi gerçekten

küçük şeyleri görebilir ve hatta onları hareket ettirebiliriz.

Yüzeye dokunmak

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 23: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

23

Nanobilim son derece küçük şeyleri görmek ve hareket ettirmek midir ?

89

• Evet tabiki biz tüm bunları yapabiliriz.Ama hepsi bu kadar değildir.

• Nanoölçekte malzemelerin özelliklerideğişir!

Source: http://www.uwgb.edu/dutchs/GRAPHIC0/GEOMORPH/SurfaceVol0.gif

Altın her zaman “altın” mıdır?• Küp şeklindeki bir altını

keselim– Eğer küp şeklinde saf bir

altına sahipseniz ve bunu keserseniz her bir parça ne renkte olacaktır?

– Eğer bunu yapmaya devam ederseniz (kesilen her bloğu yarıya bölerek) altın parçaları daime altın gibi mi görünür?

90

Source: http://www.nano.uts.edu.au/pics/au_atoms.jpg

91

Nanoaltın• Güzel… Küçük ölçekte tuhaf

şeyler olmakta– Eğer altın parçalarını nanoölçeğe

inene kadar kesmeye devam ederseniz artık altın gibi görünmez ve rengi KIRMIZIDIR !

– Gerçekten boyuta bağlı olarak nesneler kırmızı, mavi, sarı ve diğer renklere dönüşebilir.

• Neden ?– Malzemelerin farklı kalınlıkları ışığı

farklı yansıtır ve absorbe eder.

12 nm altın tanecikleri

Diğer boyut ve renkler

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

• Medikal tanıda nanosensörler

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 24: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

24

• Süper insan olma isteği

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

• İnsan beyin kapasitesini geliştirme

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

• Antibakteriyel çoraplar

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

• Gıdaların ambalajlanmasında nanoteknoloji

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 25: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

25

• Teknelerin kaplanması

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

• Nanotaneciklerle kanser terapisi

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

• Nanotaneciklerle güneş ışınlarından korunma

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

ZnO

• Tasarruf ampulleri

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 26: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

26

• Nano bazlı solar cell

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

102

• Leke tutmayan kumaşlar

Sources: http://www.sciencentral.com/articles/view.php3?article_id=218391840&cat=3_5http://mrsec.wisc.edu/Edetc/IPSE/educators/activities/nanoTex.html

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

103

• Otomobiller için koruyucu boyalar– Su ve kir tutmayan– Çizilmeyen– Daha parlak

renkler– Gelecekte renk

kendiliğinden değişebilir ve kendini yenileyebilir mi?Sources: http://www.supanet.com/motoring/testdrives/news/40923/

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

104

• Hava kirliliğini azaltan binalardaki nanoboyalar– UV ışına maruz

kaldığında boya içindeki titanyum dioksit (TiO2) nanotaneciklerorganikleri ve inorganikleri parçalar ve kirlilikler yağmurla yıkanır.

– Formaldehit gibi hava kirletici tanecikler bozunur.

Hava temizleyen binalar ?

Sources: http://english.eastday.com/eastday/englishedition/metro/userobject1ai710823.html

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

Page 27: NanolifÜretimi ve Nanolif Üretimi ve Uygulmaları …blog.aku.edu.tr/evcin/files/2017/03/1-Nanoteknoloji-ve-Nanolifler.pdf · Nanolif Üretimi ve Uygulmaları • Nanoteknolojive

05.03.2017

27

105

• Kuantum noktalar UV ışıkta parlar– Fareye enjekte edilip tümörlerde toplanır– 10-100 kadar kanser hücresinde yerleşebilir

Sources: http://vortex.tn.tudelft.nl/grkouwen/qdotsite.htmlhttp://www.whitaker.org/news/nie2.html

Fareler üzerinde denenen tümörlerin erken teşhisi

Quantum Dots: Nanometer-sized crystals that contain free electrons and emit photons when submitted to UV light

Nanobilimin hayatımızdaki rolü ?

Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)