Karbon Nanotüpler

Yunancadaki nanos kelimesinden türetilen nano, “cüce” anlamına geliyor. Son yıllarda pek çok bilimsel ve teknolojik çalışmada ismini duyduğumuz nanometre 1 metrenin milyarda biri olmasıyla hayal edilmesi zor bir ölçü. Haber bültenleri, gazete ve dergilerde artık pek çok ürün için “nanoteknoloji ile üretilen…” ifadesini duyuyoruz.

Nanoteknoloji ile üretilen pek çok üründe karbon nanotüpler kullanılıyor. Silindir şeklindeki karbon nanotüplerin çapları birkaç nanometreyken uzunlukları milimetrelerle ifade ediliyor. Çaplarının milyonlarca katı uzunluklara ulaşabilen karbon nanotüpler sağlamlık, elektrik iletkenliği, ısı iletkenliği gibi özellikleriyle de başka malzemelere göre daha avantajlı.

Kimya derslerinden de hatırlayacağınız gibi karbonun allotroplarından -bir elementin atomlarının farklı şekillerde bağlanarak farklı yapılar oluşturması- biri de grafittir. Tek bir karbon atomu kalınlığındaki grafit katmanlarına ise grafen deniyor. Karbon atomlarının birbirlerine altıgen oluşturacak şekilde bağlı olduğu grafen katlandığında tüp şeklini alır. Bu esnada altıgenler tüp eksenine paralel veya spiral şekilde desenler oluşturabilir. Karbon nanotüpler tek duvarlı veya çok duvarlı (iç içe geçmiş tüpler) olabilir. Nanotüplerin çapı veya altıgenlerin dizilimi nanotüplerin elektrik akımını iletme özelliğini etkiler. Çelikten daha hafif ve sağlam nanotüpler sayesinde çok küçük boyutlarda elektronik cihazların üretilmesi mümkün oldu.

Nisan 2013'te Pensilvanya Üniversitesi’nden araştırmacılar karbon nanotüpler sayesinde tükürükteki glikozu tespit edebilen bir cihaz geliştirdiklerini açıkladı. Tükürükteki glikozu tespit eden sensör, karbon nanotüp temelli transistör içeriyor. Transistörün üretiminde kullanılan karbon nanotüpler glikoz molekülüne tutunma özelliği olan piren-1-boronik asitle kaplanmış.

Karbon nanotüpler kullanılarak üretilen ve ileride ucuzlayarak daha da yaygınlaşacağı tahmin edilen uygulamalara bazı örnekler:

Karbon nanotüpler yüzey alanları çok geniş (1 gramları 500 m² yer kaplar) ve yüzeyde tutma (adsorpsiyon) özelikleri yüksek olduğu için zehirli kimyasal maddelerin, tuzların ve biyolojik kirleticilerin sudan ayrılmasında ideal bir zar olarak kullanılabilir. Böylece hem deniz suyundan içme suyu elde edilebilir hem de fakir ülkelerde yaşayan binlerce insan daha temiz su kullanabilir.

Spor malzemelerinin, güvenlik güçleri tarafından kullanılan kıyafetlerin ve araçların farklı parçalarının üretiminde kullanılan karbon nanotüpler sayesinde daha sağlam malzemeler elde edilebiliyor. Kullanıldığı malzemenin içinde ağ yapıları oluşturan karbon nanotüpler böylece üzerlerine etki eden ağırlık ve kuvvete karşı daha dayanıklı oluyor.

Kapasitörlerde elektrot olarak kullanılan karbon nanotüpler daha yüksek akım değeri elde edilmesini sağlarken elektriksel ve mekanik kararlılık açısından şu an kullanılan malzemelere göre daha üstün özelliklere sahipler.

Karbon nanotüpler protein reseptörleri veya DNA ile etkileşime girerek çok az miktardaki kimyasal maddelerin tespit edilmesinde kullanılabilir. Reseptörün kimyasal molekül ile etkileşime girmesi sonucu nanotüpe iletilen akım sayesinde molekülün kimliği tespit edilebilir.

Karbon nanotüpler aynen yumuşak bir doku gibi binlerce kez sıkıştırılıp bırakıldıktan sonra bile eski şekillerini koruyabilir. Bu nedenle yapay kas uygulamalarında kullanılabilirler. Bu şekilde üretilen yapay kaslar uzay gibi olağan dışı ve zorlayıcı ortamlarda da kullanılabilir.

Şu ana kadar karbon nanotüplerden üretilen malzemelere bakıldığında bu malzemelerin, gelecekte insanoğlunun pek çok hayalinin gerçekleştirilmesinde de kullanılabileceği kolaylıkla söylenebilir.