Kentlerdeki hava kirliliği ile mücadelede katalitik konverterlerden, alternatif yakıtlara dek çok sayıda önlemin yanısıra şimdi “akıllı inşaat malzemeleri”nden yararlanma yoluna gidiliyor. Bugün kendi kendini temizleyen pencere ve banyo seramiklerinde kullanılan bu teknolojiden yararlanan bilim adamları, binaları bu malzemelerle boyayıp, kirlilik yaratan unsurların güneşe ve yağmura maruz kaldıklarında parçalanarak yok olmalarını sağlamaya çalışıyor.
Merkezi Stockholm’de bulunan Skanska adındaki inşaat şirketi, titanyum dioksit ile kaplı katalitik çimento ve beton ürünler geliştiriyor. Beyaz boya ve diş macunlarında kullanılan titantum dioksit, morötesi ışınlara maruz kaldığı zaman reaktif hale geliyor. Skanska’nın üzerinde çalıştığı projeye göre, morötesi ışınlar titanyum dioksite çarptığı zaman katalitik bir reaksiyonu tetikleyecek. Bu reaksiyon, aralarında nitrojen oksitler gibi kirliliği yaratan maddelerin moleküllerini yok edecek. Fosil yakıtlarının yanması sonucu ortaya çıkan nitrojen oksitler uçucu organik bileşimlerle birleştiği zaman hava kirliliği yaratır. Yüksek oranda nitrojen oksitlere maruz kalmak ciddi solunum yolu hastalıklarına yol açar. Katalitik reaksiyon ayrıca binaların yüzeylerine bakteri ve kirin yapışmasını önleyeceği için bunlar yağmur ile kolayca yıkanıp gidebilecek.
Değerli metallere alternatif
Topraktan elde edilen nano boyutta metal oksitlerden yararlanan bilim adamları katalistler için daha ince aktif tabakaların geliştirilmesi üzerinde çalışılıyor. Böylece katalistlerde değerli metallerin kullanılmasına gerek kalmayacağı için maliyetler düşecek. Üreticiler katalitik konverterlerde kullanılan platin, paladyum ve rodyum gibi değerli metalleri kullanmak yerine daha düşük maliyetli nanomalzemelerden yararlanmayı tercih ediyor. Bu arada hükümetler de motorlu taşıt emisyonunu düşüren bu projeyi desteklemeye sıcak bakıyor. Nano ölçekli katalistler oksijen depolama becerisini artırıp, daha ince tabakalar arasındaki termal dengeyi sabit hale getiriyor. Bu projede kullanılan doğal malzemeler “NanoArc ceria” ve karışık metal oksitlerdir. Bunlar ayrıca, egzoz konverterleri, kimyasal temizleyiciler gibi diğer çevresel katalistlerde de kullanılıyor.
Organik fotovoltaik cihazlarda kullanılan nanomalzemeler
Organik fotovoltaikler (OPV), güneş spektrumundan fotonları emen yarı iletken organik malzeme katmanlarından oluşan nano ölçekli ince malzemelerdir. Uzmanlar, OPV’lerin güneş enerjisinden yararlanma konusunda devrim yaratacağına inanıyor, çünkü bunlar ink-jet baskı teknolojisi gibi eriyik bazlı yöntemlerle üretiliyor. Böylece seri üretim olanağı doğduğu gibi, maliyetler de aşağı çekilebiliyor.
OPV’ler şu anda, düşük güneş enerjisi dönüşüm verimliliği nedeniyle “inorganik” benzerlerinin gerisinde kalıyor. Bilim adamları düşük verimlilik sorununu çözümlemek için nanomalzeme ve özel nano ölçekli yapıları birlikte kullanmayı deniyor. Bu hibrit organik-inorganik fotovoltaikler, yarı iletken nanokristallerle temas halinde olan ışık emici polimerlerden oluşuyor. Nanomalzemeler, iletken polimerin elektro-optik özelliklerini de etkiliyor. Buna kızıl ve kızılötesi fotonların emilimi de dahil. OPV’lere örnek olarak organik-nanokristal güneş pilleri, boyaya duyarlı piller, tandem pilleri sayabiliriz.
Nanoteknolojik destekli metal matris kompozitler
Metalleri, seramik fiberler, alüminyum nitrid ve alüminyum oksitlerle güçlendirmek, termomekanik özelliklerini de geliştirebilir. Metal matris kompozitler (MMC), ısıya dirençlidir; sağlamdır; termal iletkenliğe ve kontrol edilebilir termal genişleme özelliğine sahiptir ve yoğunluğu düşüktür. Bu özelliklerinden dolayı havacılık sanayinde kullanım potansiyeli çok yüksektir. Bugün havacılık sektöründe alüminyum ve magnezyumun yerini MMC’lerin alması bekleniyor. Son yapılan araştırmalara göre MMC’nin sağlamlığı nano ölçekli yapılarla yüzde 25 dolaylarında artırılabilir. Ayrıca nanoteknoloji yardımıyla MMC’lerin şekillendirilebilirliği artıyor ve metal yorgunluğuna karşı direnç geliştiriyor.
Metallerin ve metal alaşımlarının termomekanik özellikleri, malzemenin nano yapısını kontrol ederek geliştirilebilir. Malzeme nano tozlardan yapılmış ise erime noktası ve yapışma sıcaklıkları yüzde 30 oranında düşürülebiliyor. Başka bir avantajı ise malzemenin daha kolay şekillendirilebilmesidir.
Doğal yollarla üretilen nanokristaller
Sandinia Laboratuarları’ndan bilim adamları diatom (mikroskopik tek hücreli bir deniz organizması) ve deniz kabuklarının mikro yapılarına benzeyen kompleks nanomalzemeler geliştirdiler. Bu malzemelerin çok geniş bir kullanım potansiyaline sahip olduğu düşünülüyor.
Sandinia Nanomalzeme ve Kimyasal Sentez Bölümü’nden Jun Liu, amaçlarının çevreye zarar vermeyen kimyasal işlemlerle, güvenilir nano ölçekli malzemeler üretmek olduğunu belirtiyor. Doğal malzemelerin oluşumunun ardındaki fiziksel ve kimyasal ilkeleri öğrenmeye çalışan bilim adamları, benzer yapıları yapay olarak geliştirerek nanomalzeme üretimini gerçekleştirmeye çalışıyor. Bu şekilde üretilen malzemelerin mikroelektronik cihazlarda, kimyasal ve biyolojik sensorlarda, kataliz üretiminde, fotovoltaik pillerde, kapasitörlerde, hidrojen depolama ünitelerinde kullanılması bekleniyor.
Ekip, kristallerin nasıl ve nerede oluşacağı konusunda tam bir kontrol sağlıyor. Bunun için seçici olarak spesifik bir yüzeyi faal duruma geçirerek, gelişmiş üç boyutlu yapıları üretebiliyorlar.
Alüminyum-boron nanomalzeme
Tesimorph EAB-80, parçacık büyüklüğü 80 nm olan deneysel bir alüminyum/boron malzemedir. İngiltere’deki QinetiQ Nanomaterials Limited (QNL) tarafından geliştirlen malzeme, hava yastıkları, emniyet kemerleri, petrol endüstrisi, havacılık ve savunma sanayinde kullanılacak.
“İlk kez alüminyum boron hibrit parçacıkları nano ölçekte üretiliyor” diye konuşan QNL’nin üretim sorumlusu Dr. Paul Reip, “Alüminyum tozlarının üretiminde kullanılan konvansiyonel yöntemler görece olarak daha büyük, mikron boyutlarında parçacıklar üretir. Biz Tesima teknolojisinden yararlanarak nano boyutlarında alüminyum tozu üretebildiğimiz gibi, başka yöntemlerle üretilmesi mümkün olmayan hibrit malzeme ve alaşımlarını da geliştirebildik” diyor. Nano ölçekte sürdürülen üretim halihazırdaki malzemeye farklı fiziksel özellikler kazandırıyor. Tozlar kuru olarak üretiliyor, ancak sıvı veya polimerlere de yedirilebiliyor.
Kaynak: Cumhuriyet Derleyen: Reyhan Oksay / Arkitera.Com
