Nanoteknoloji: Beklenenen sanayi devrimi

Prof. Dr. Salim ÇIRACI / UNAM-Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi Bilkent Üniversitesi

20. yüzyılın son çeyreğinde mikro elektroniğin gelişip her alanda uygulama bulması ve daha sonra internet'in hızla yayılması bilimsel ve teknolojik gelişmeleri hızlandırdı. Bilgi-enformasyon çağında yüksek teknolojiye her alanda, özellikle iletişim ve bilişim dallarında gelen talepler bilim adamlarını olağanüstü özelliklere sahip yeni malzemeleri ve yeni üretim yöntemlerini aramaya yöneltti. 1980'li yıllarda bilimde elde edilen önemli gelişmeler malzemelerin boyutları nanometre (metrenin milyarda biri) seviyelerine inince olağanüstü yeni fiziksel ve kimyasal özellikler göstereceğini ortaya çıkardı. Atomların doğrudan görüntülerini veren taramalı tünelleme mikroskobunun ve bundan türetilen atomsal kuvvet mikroskobunun keşfi sayesinde günümüzde çeşitli atomsal süreçler gözlenip, atomlar teker teker kontrollü bir şekilde istenen yerlere taşınıyor, yapay malzemeler yapılabiliyor. Nanometre boyutlarında malzeme daha işlevsel, daha mukavemetli olabiliyor, daha hızlı işlem yapabiliyor, buna karşılık daha az enerji harcayıp daha az da yer kaplayabiliyor. Bu kadar küçük boyutlarda kuvantum etkiler ön plana çıkıyor, yapı atomların konumlarına bağlı olarak gözlenebilen değişiklikler gösterebiliyor. Örneğin, bir moleküle tek bir atom ekleyerek özellikler tamamen değişebiliyor, molekül daha işlevsel duruma gelebiliyor. Nano-yapıların sergiledikleri olağan dışı özellikler yeni teknolojik uygulamalar için çok çeşitli olanaklar yaratmaktadır.

Nanoteknoloji (metrenin bir milyarda biri boyutlarda bilim ve teknoloji)

Bilimde ortaya çıkan gelişmeler nanometre boyutlarında malzemelerin teknolojiye ne kadar büyük olanaklar kazandırabileceğini gösterdi. Otomotiv ve benzeri imalat sanayilerinde kar marjlarının düştüğü ABD'de iktisatçılar bu olanakları herkesten önce görüp Başkan Clinton'ı etkileyerek nanoteknolojiyi öncelikli alan ilan ettirdiler. Bundan sonra, nanoteknolojiye ilgi bütün dünyada hızla yayıldı. Nanoteknoloji, günümüzde tekstil, inşaat, otomotiv, elektronik, bilişim ve iletişim, tıp ve farmokoloji, malzeme bilimi gibi hemen hemen her alanda hızla gelişme göstermektedir. Nanobilim nanometre boyutlarında ortaya çıkan bu yeni davranışları kuvantum kuramı yardımı ile anlamamızı sağlarken; nanoteknoloji ya yeni malzemeler, nano yapılar tasarlayıp sentezlemeyi, ya da mevcut nano yapıları veya molekülleri işlevsel hale getirip onların kazandıkları yeni özellikleri yeni uygulamalarda kullanmayı amaçlıyor. Bu şekilde sentezlenen yapılar çok aktif olabilir ve önemli kimyasal süreçlere aracılık ederler, olağanüstü elektronik veya manyetik özellikler segilerler. Nanoteknoloji bilinen bütün teknolojilere kıyasla çok daha fazla temel bilim ve kuramsal araştırmalara ihtiyaç göstermektedir. Şimdi ekonomistler nanoteknolojiyi bilgisayar devrimini izleyen ve 21. yüzyıla damgasını vuracak yeni bir teknoloji ve enformasyon devrimi olarak değerlendiriyorlar.

Nanoteknolojinin gelişmesi

Gelişmiş ülkelerde kamu sektörünün nanoteknoloji araştırmaları için 2005 yılında yaptığı yatırımlar 5 milyar ABD Dolarına erişmiştir. Son yıllarda ABD, Japonya, Avrupa Birliği, Kore, İsrail gibi gelişmiş ülkelerde her biri 100 milyon doların üzerinde harcama yapılarak çok sayıda ulusal araştırma merkezleri kurulmuştur. Nanoteknoloji ABD'de ilk öğretim programlarına girmeye başlamıştır.

Son günlerde Çin hem nanoteknoloji araştırmalarında hem de eğitiminde büyük hamleler yapmaktadır. Çin'de nanotekstil konusunda elde edilen aşamalar CNN tarafından bütün dünyaya duyurulmuştur. İsrail, malzeme bilimi ve nanoteknoloji araştırmalarına 5 yıl için 230 milyon dolar ayırmıştır. Bu arada İsrail'in bilinen üniversitelerinin çevresinde kurulan 45 nanoteknoloji şirketi elde edilen sonuçları uluslararası pazarlara taşımaya başlamıştır. Avrupa Birliği 7. Çerceve Programı'nda malzeme bilimi ve nanoteknolojiyi öncelikli alanları arasına alarak araştırmalar için 4.8 milyar Avro kaynak ayırmıştır. Kore, 2001 yılında Nanoteknoloji Teşvik Yasası kurmuş, nanoteknoloji araştırmaları için 4 milyar dolar kaynak ayırmış ve 2015 yılına kadar 20.000 nanoteknoloji uzmanı yetiştirmek üzere plan yapmıştır. Hong Kong Bilim ve Teknoloji Üniversitesi yerel sanayi ve ticaret kuruluşlarını desteklemek amacı ile kurulan 'Institute of Nanomaterials and Nanotechnolgy' için 100 milyon dolar yatırım yapmaktadır. İran nanoteknoloji konusunda önemli hamleler yapmış ve ülkemizden daha ileri bir konuma yerleşmiştir.

Bu yeni teknoloji devriminde yer almak ve gelişen pazardan pay kapabilmek için ülkeler adeta birbirleri ile yarışmaktadır. Çünkü ülkeler bu teknoloji devrimini kaçırmanın bedelinin ne kadar yüksek olacağını çok iyi bilmektedirler. Kanımızca yakın bir gelecekte bir ülkenin nanoteknolojideki seviyesi o ülkenin gücünün bir göstergesi olabilecektir. Türkiye'de nanoteknolojinin önemi önce bilim çevrelerinde, daha sonra sanayi kuruluşlarında vurgulandı, medyada sık sık yer almaya başladı. Son zamanlarda Rand Corporation ülkeleri nanoteknolojideki potansiyellerine göre 4 gruba ayırmış: Birinci grupta ABD, Almanya, Japonya, İngiltere, Kore, İsrail gibi ülkeler bulunmaktadır. Maalesef Türkiye üçüncü grupta yeralmıştır. Bu arada DYO, Arçelik, Petrol Ofisi gibi tanınmış şirketler nanoteknolojiyi bazı ürünlerinde kullanmaya başladılar. Küçük ölçekli şirketlerde de ürünlerini geliştirmek için nanoteknolojiyi kullanma eğilimi başlamıştır. Nanoteknoloji araştırmalarında kullanılacak cihazları yapan kuruluşlarda bulunmaktadır. Nanoteknoloji TÜBİTAK'ın vizyon programlarında ve büyük holdinglerin stratejik planlarında yer almaya başlamıştır. Üniversitelerde nanoteknoloji odaklı araştırma merkezleri kurulmakta, üstün nitelikli bilimsel araştırmalar yapılmaktadır.

Nanoteknolojinin öncelikle malzeme ve biyoteknoloji alanlarında gelişeceği, ancak 10-15 yıl sonra elektronik ve spintronikte, özellikle moleküler elektronikte ağırlığını hissettireceği beklenmektedir. Günümüzde nanobiyoteknoloji, nanotıp konusunda yapılan yoğun araştırmalar yakın bir gelecekte tedavi yöntemlerinde devrimsel gelişmeler olacağını göstermektedir. Nanomalzemelerin ilginç özellikleri hemen hemen her alanda; savunma, tekstil, otomotiv, inşaat, kimya, optik, ilaç sanayiinde devrim yaratacaktır. Sürtünmesiz yüzeyler sayesinde taşıtlarda motor yağı değiştirme sorunu ortadan kalkabilecek, kir tutmayan tekstil ürünleri sayesinde belki çamaşır makinelerinin kullanımı sınırlanabilecek, giysilerimiz yeni işlevler üstlenecektir. Binalardaki betonarme kolonların kesitleri küçülüp elastik özellikler kazanacak. Bütün bu uygulama alanları yanında nanoteknolojiye savunma sanayiinde ve istihbarat ile ilgili teknolojilerde yoğun talep bulunmaktadır. İlk nanoteknoloji araştırmaları, ABD askerinin mobilitesini artırmak üzere 45 kg olan savaş teçhizatını azaltmak yeni işlevleri olan teçhizatlar eklemek amacı ile başlamıştı. Şimdi bu araştırmalar çok çeşitli alanlarda artan bir hızla sürdürülmektedir.

Sonuç olarak 2015 yılında sonra nanoteknoloji ürünlerinin küresel üretimin %18'ini oluşturması beklenmektedir.

Nanoteknolojinin Türkiye için önemi

Ülkemiz geçmişte hemen hemen bütün sanayi devrimlerine uzak kalmış, daha sonra onların mamullerini ithal için çok fazla kaynak harcamak zorunda kalmıştır. Dışardan ithal edilen dokuma tezgahları ve kimyasallar kullanarak üretim yapan tekstil sanayi çok ucuz iş gücü kullanan Çin'in

rekabeti ile sarsılıyor. Bütün dünyada ucuz tekstil pazarını ele geçiren Çin ise nanoteknoloji kullanarak akıllı tekstil alanında da çığır açan teknolojiler kullanmaya başlıyor.Yıllardır teknoloji transferine harcanan büyük kaynaklarla gelişen sanayiimizi önemli riskler beklemektedir. Çok hızlı gelişen ve değişen teknolojinin dinamik yapısı dev imalat kuruluşlarının bile geleceğini tehdit etmektedir. Bu nedenle büyük üretim kuruluşları çok yüksek AR-GE yatırımları ile geleceklerini garanti altına alabiliyor. Türkiye'de uzun yıllar sonra önemli lisans ücretleri ödenerek kazanılan sanayiimizin bir kısmı zamanında Ar-Ge'ye önem verilmediğinden ve kendi teknolojimizi yaratamadığından yabancıların eline geçmektedir. Kore ise transfer ettiği teknolojilerden kısa zamanda kendi teknolojisini geliştirerek bir çok alanda küresel sanayi şirketlerini kurmuş bulunmaktadır. Bu konunun üzerinde durulması gerekmektedir.

Bilkent'te Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi Projesi

Son yıllarda Nanoteknoloji konusunda kaydedilen hızlı gelişmeler karşısında TC Devlet Planlama Teşkilatı Müsteşarlığı, Bilkent Üniversitesi'nden sunulan projeye ulusal nitelikte bir nanoteknoloji araştırma merkezi kurulması için toplam 41 milyon TL destek sağlamıştır. DPT nanoteknoloji araştırmaları için gerekli çok sayıda uzmana sahip olan Bilkent Üniversitesi'nde gelişmiş ülkelerdekine benzer bir merkez oluşturmayı ve kısa zamanda sonuç almayı hedeflemektedir. DPT bu proje için 'Türkiye'nin sanayi ürünlerinin pazarlarda rekabet gücünü artırmak için yeni teknolojiler geliştirmek, bu sayede halkımızın refahının yükselmesine katkıda bulunmak' gibi bir hedef göstermiştir. Bilkent Üniversitesi'nde söz konusu proje için 7 katlı, 9000 m2 kapalı alanda 62 araştırma laboratuvarına sahip olan UNAM binası inşa edilmiş ve araştırma çalışmaları 2007 yılı sonundan itibaren bu binaya taşınmış bulunmaktadır. Bu binada 300 lisans üstü öğrenci tez çalışması yapabilecek ve 100 doktoralı uzman araştırmacı çalışabilecektir. Nanoteknoloji araştırmaları için kurulan bu alt yapı ve laboratuvarlar ABD'de kurulan benzer 46 ulusal nanoteknoloji merkezleri ile eşdeğer bir büyüklüğe sahip bulunmaktadır.

Ayrıca disiplinler arası çalışmaya olanak vermek ve nanoteknoloji uzmanı yetiştirmek amacı ile 'Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji' yüksek lisans ve doktora programı da açılmıştır. Bu programda üstün nitelikli yüksek lisans ve doktora tez çalışmaları ile bilime yapılacak önemli katkı kadar yeni nanoteknoloji ürünlerinin geliştirilmesi de hedeflenmektedir. Böylece UNAM çevresinde kurulacak teknoloji şirketlerinin geliştirilen nanoteknoloji ürünlerini dünya pazarlarına sunmaları bekleniyor. UNAM'da geliştirilen bazı teknolojiler şimdiden ticarileşmeye başlamıştır.

UNAM Binası

Bugüne kadar DPT dışında TÜBİTAK ve diğer kaynaklardan sağlanan gelirlerle efektif değeri 60 milyon TL olan yatırım gerçekleşmiş bulunmaktadır. 2010 sonuna kadar altyapı ve diğer yatırımların 70 milyon TL'yi geçmesi beklenmektedir.

Bugün, UNAM bünyesinde konusunda dünyaca tanınan 13 öğretim üyesi ve doktoralı uzman, 60 araştırma asistanı ile birlikte 300 üzerinde kullanıcıya hizmet vermektedir.

UNAM ulusal bir merkez olarak diğer üniversitelerden ve sanayiden gelen araştırmacılar tarafından yoğun olarak kullanılmaktadır. UNAM bu servisini her gün 24 saat vermektedir. Devletin belli konularda AR-GE yatırımlarını belli merkezlere toplaması ve yatırımı kesintisiz işletebilmesi önemli kaynak tasarrufu sağlamaktadır. Bu yeni vizyon sayesinde araştırmalar kalite ve kantite olarak artmakta, yeni kurulmakta olan üniversitelerde çalışan bir araştırmacı bile ihtiyacı olan her türlü araştırma altyapısına erişebilmektedir. En önemlisi araştırma altyapısına yatırım yapamayan KOBİ ve orta ölçekli sanayi bile UNAM'da AR-GE çalışması yapabilmektedir. UNAM'ın getirdiği bu vizyonun benimsenip başka konulara yayılması beklenmektedir.

UNAM'ın misyonu, geliştirilmesine aracı olacağı nanoteknolojilerle Türkiye'nin ürünlerinin dış pazarlarda rekabet gücünü artırmak olarak belirlenmiştir. UNAM'da dışardan destekli 21 araştırma projesi kapsamında nanobiyoteknoloji ve yeni yöntemlerle ilaç üretimi, teknik tekstil, yüzeylerin modifikasyonu ve kaplama, nanotriboloji ve sürtünmesiz yüzeyler, nanoaygıtlar, sensörler ve NEMS, biyomedikal, nanoyapılarda etkin hidrojen depolama, güneş enerjisi, fiber aygıtlar ve fiber lazerler, nanoelektronik ve fotonik konularında kapsamlı araştırma çalışmaları yapılmaktadır. UNAM çeşitli konularda bilim ve teknolojinin en uç noktalarında araştırma yapabilmek için çoğu zaman ulusal işbirlikleri kurmaktadır. Ayrıca, UNAM yurt dışında yaşayan değerli bilim adamlarımızın Türkiye'de meslektaşları ile birlikte araştırma yapabilecekleri bir platform niteliğini almış bulunmaktadır.

Sonuç olarak, Nanoteknoloji gelişmiş ülkelerde ve gelişmekte olan bazı ülkelerde bir yarışa dönüşmüştür. Bir ülkenin bu yarışta geri kalması o ülke için büyük riskler taşımaktadır. UNAM'ın ulusal nitelikli bir mükemmeliyet merkezi olması yeni teknolojilerin geliştirilmesine olanak verip dünyada hızla sürdürülen yeni teknoloji yarışına ülkemizin de katılmasını sağlayacaktır. Ayrıca gerek yetiştireceği uzmanlar, gerekse geliştireceği teknolojiler ile dış pazarlarda sanayi ürünlerimizin rekabet gücünü artıracaktır. Ayrıca, Ulusal Merkez yurt dışında çalışan bilim adamlarımız için bir çekim merkezi de oluşturabilecek, beyin göçünü tersine çevirebilecektir.