Prof. Dr. Salim ÇIRACI*

Nanoteknoloji nedir ?

Günümüzde hemen her konuşma veya yazıda nanoteknoloji metrenin bir milyarda biri yani nanometre büyüklüğünde boyutlarla uğraşan yeni bir teknoloji olarak tanımlanıyor. Malzemenin büyüklüğü nanometre ölçütlerine inince kuvantum davranışlar bilinen klasik davranışların yerini almakta, fiziksel özellikleri kesikli bir değişim göstermeye başlamakta. Kimyasal ve fiziksel özellikler, yapının büyüklüğüne ve atom yapısının ayrıntılarına, dışarıdan sisteme bağlanan yabancı bir atomun cinsine ve yerine göre çok farklı ve olağanüstü davranışlar sergilemekte. Şöyle ki mevcut nanoyapıya yabancı bir atomun yapışması elektronik özellikleri, örneğin elektrik iletkenliği farkedilebilir şekilde değiştirmekte. Bu yabancı bir atom geçiş elemeti olduğunda yapıştığı bir nanoyapıya manyetik özellikler kazandırabilmekte. Kısaca, bir nanoyapının fiziksel özellikleri, bağ yapısı ve dolayısı ile mukavemeti onun büyüklüğüne ve boyutuna bağlı olarak önemli değişimler gösterebilmekte. Örneğin, karbon atomlarından oluşan elmas kristali iyi bir yalıtkan olduğu halde bir boyutlu karbon atom zinciri altın ve gümüş zincirlerinden bile daha iyi bir iletken olabilmektedir. Şimdi çok kısa bir tanım gerekirse, Nanobilim, nanometre ölçütlerinde ortaya çıkan bu yeni davranışları kuvantum kuramı yardımı ile anlamamızı sağlar; nanoteknoloji ise ya yeni nanoyapılar tasarlayıp sentezlemeyi, ya da nanoyapılara yeni olağan üstü özellikler kazandırmayı ve bu özellikleri yeni işlevlerde kullanmayı amaçlar. Bir başka deyişle nanoteknoloji bilinen molekülleri yeni atom ve moleküller ekleyerek işlevsel duruma sokar veya kuvantum noktaları ve telleri, tüpler gibi yapay yapılar tasarlayıp sentezler. Bu şekilde sentezlenen yapılar çok aktif olabilir ve önemli kimyasal süreçlere aracılık ederler, olağanüstü elektronik veya manyetik özellikler sergilerler. Nanoteknoloji bilinen bütün teknolojilere kıyasla çok daha fazla temel bilime ve kuramsal araştırmalara gereksinim gösterir.

Nanoteknolojinin gelişmesi:

Ekonomistler nanoteknolojinin yeni bir sanayi ve bilgi devrimi olarak 21. yüzyıla damgasını vuracağına inanıyorlar. Yakın bir gelecekte bir ülkenin nanoteknolojideki seviyesi o ülkenin gücünün bir göstergesi olabilecek. Nanoteknolojinin öncelikle malzeme ve biyoteknoloji alanlarında gelişeceği, ancak 10-15 yıl sonra elektronik ve spintronikde, özellikle moleküler elektronikde ağırlığını hissettireceği beklenmektedir. Nanomalzemelerin olağanüstü özellikleri hemen hemen her alanda; savunma sanayinde, tekstilde, otomotiv sanayinde, inşaatta, elektronikte, yeni tedavi yöntemlerinde ve ilaç sanayinde devrim yaratacaktır. Sürtünmesiz yüzeyler sayesinde taşıtlarda motor yağı değiştirme sorunu ortadan kalkabilecek, kir tutmayan kumaşlar belki çamaşır makinalarına olan talebi azaltacak. Binalardaki betonarme kolonların kesitleri belki küçülüp elastik özellikler kazanabilecek; bu sayede depremler binalarımıza daha az tahribat yapabilecek.

Şekil 1: 19ncu yüzyıldan günümüze insanlığı derinden etkileyen sanayi devrimleri

Nanobilim ve nanoteknoloji araştırmaları için gelişmiş ülkelerde kamu sektörü 2006 yılında yaklaşık 6 milyar ABD Doları yatırım yapmıştır. Son yıllarda ABD, Japonya, AB Ülkeleri, Kore, İsrail, Güney Afrika Birliği, Kanada gibi ülkelerde her biri 100 milyon Doların üzerinde harcama yapılarak çok sayıda Ulusal Araştırma Merkezleri veya Enstitüleri kurulmuştur. Yalnız başına ABD’de kamu kaynakları ile Stanford, Harvard, Cornell gibi tanınmış 13 üniversitede ve Argonne, ONRL, Lawrence-Berkeley, Sandia, Brookhaven Ulusal Merkezlerde dev Nanoteknoloji Araştırma Laboratuvarları kurulmuştur. Nanoteknolojiye bu kadar yatırım yapan ABD’de 2015’lerde nanoteknoloji ürünlerinin satışlarının 3 trilyon Dolara erişmesi beklenmektedir. Daha 2004 yılında nanoteknoloji kullanan ürünlerin pazar payının 13 milyar dolara erişmiş olduğu bilinmektedir. İran’da Sharif Üniversitesi’nde 2005 yılında kurulan Ulusal Nanobilim ve Nanoteknoloji Enstitüsünde disiplinler arası doktora programı ile birlikte bilimsel araştırmalar da yürütülmektedir. Çeşitli konularda elliye yakın nanoteknoloji şirketinin kurulduğu İsrail’de hükümet nanoteknolojiye yapacağı desteği 230 milyon Dolara çıkarmıştır. Bu teknoloji devriminde yer almak ve gelişen pazardan pay kapmak için ülkeler adeta birbirleri ile yarışmaktadır.

Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Enstitüsü:

Nanoteknoloji dünyanın her yerinde hızla popüler hale gelirken ülkemizde de önce bilim çevrelerinde, daha sonra sanayi kuruluşlarında önemi vurgulanmaya, medyada sık sık yer almaya başladı. Son yıllarda Nanoteknoloji konusunda hızlı gelişmeler karşısında T.C. Devlet Planlama Teşkilatı Müsteşarlığı Bilkent Üniversitesi’nden sunulan UNAM Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi projesi aracılığı ile ulusal nitelikte bir nanoteknoloji merkezi kurulması için destek sağladı. Bu proje 5 Ekim 2005 yılında başladı. Nanoteknolojideki yönelimler ve gelişmelere uygun olarak UNAM’ın araştırma konularına nanobiyoteknoloji, nanomalzeme ve kimya, enerji ve hidrojen ekonomisi, nanotriboloji, yüzey kaplama, katalizör tasarımı gibi çok güncel konular da eklendi. Ayrıca disiplinler arası çalışmayı geliştirmek amacı ile UNAM’daki araştırmalara paralel olarak yürütülen ‘Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji’ yüksek lisans ve doktora programı açıldı. Bu program ile Nanoteknolojinin en aktif araştırma konularında uzman yetiştirilmeye başlandı. Yedi katlı ve 8500 metrekare kapalı alanda 62 adet laboratuvarı bulunan yeni binamız bilim ve teknolojinin sınırlarında araştırmalara olanak verecek çok modern bir anlayışla tasarlanmıştır. Binamızın bundan sonra ülkemizde kurulacak araştırma merkezlerine iyi bir örnek olması beklenmektedir. Merkezin inşaatı Ağustos 2007’de bitirilecektir. İnşaat çalışmalarına paralel olarak bir yanda araştırmalarda kullanılmak üzere bugüne kadar değeri 15 milyon YTL’nin üzerinde ekipman ve çok hassas cihazların alımı gerçekleştiriliyor, diğer yanda da merkezin verimli bir şekilde yönetilmesini sağlayacak organizasyon çalışmaları sürdürülüyor.

Şekil 2: Ulusal Binasının maket modeli. Sıcaklık, toz ve titreşim kontrollü 62 laboratuvar, konferans salonu ve ofislerden oluşan 8500 m2 bina Ağustos 2007 de bitirilecek ve izleyen aylarda satın alınan hassas cihazlar ve ekipman yerlerine yerleştirilip araştırma faaliyetlerine başlanacaktır.

2005 yılında başlayan çalışmalarımız sonucu 2007 yılının başında Bakanlar Kurulu Kararı ile UNAM Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Enstitüsü’ne dönüştürülmüştür. Bundan böyle UNAM Türkiye’nin ulusal bir mükemmeliyet merkezi olarak gelişecektir.

UNAM’ın kuruluş sürecinde bilimsel çalışmalar Bilkent Üniversitesinden 28 öğretim üyesi ve 50’den fazla araştırma asistanı tarafından yürütülmektedir. İzleyen 4 yıl içinde çoğu fizik, kimya, moleküler biyoloji, malzeme bilimi konularının birinde doktora çalışması yapmış 50 kadar uzmanın ve çok sayıda doktora öğrencisinin çeşitli araştırma projelerinde görev alması beklenmektedir. Enstitümüz yürütmekte olduğu projeler kapsamında Koç, Sabancı, Anadolu, Ege, Pamukkale, Mersin, Kırıkkale, Orta Doğu Teknik Üniversitesi öğretim üyeleri ile işbirliği yapmaktadır. Diğer üniversite ve sanayi kuruluşları ile işbirliğimiz yeni araştırma projeleri ile hızla artmaktadır. Ayrıca ABD’nin çeşitli laboratuvarlarında çalışmakta olan çok değerli Türk bilim adamları da UNAM ile ortak araştırmalar yapmaktadır. UNAM, DPT, TÜBİTAK, Mili Savunma Bakanlığı, Sağlık Bakanlığı, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü, Deniz Kuvvetleri Komutanlığı’nın destekledikleri projeleri yürütmekte ve/veya yeni proje teklifleri hazırlamaktadır. Çeşitli projeler kapsamında Roketsan, DYO, Arçelik, Vestel, Korteks, Şişe Cam gibi şirketlerle işbirliği ve müşterek ARGE çalışmaları üzerinde çalışılmaktadır. UNAM’da akıllı tekstil, yüzey kaplama ve boya, hidrojen ekonomisi, spintronik, fiber, femtosaniye lazer, nanoaygıt, nanobiyoteknoloji konularındaki ana projeler başlama aşamasına gelmiştir. Kısaca UNAM, sanayi ürünlerimizin katma değerinin yükselip dış pazarda rekabet gücü kazanması için kamu, özel sektör ve diğer üniversitelerle birlikte nanoteknoloji geliştirmeyi ve bu yeni teknolojileri uygulamayı hedeflemektedir.

UNAM’ın kuruluşunda stratejik bilim politikaları:

UNAM’ın ulusal nitelikli bir mükemmelliyet merkezi olması dünyada hızla sürdürülen yeni teknoloji yarışına ülkemizin de katılmasını sağlayacaktır. Bunun için UNAM’ın kuruluşuna ve çalışmasına yönelik önemli stratejik politikalar saptanarak uygulamaya konulmuştur. Bunlardan en önemlisi eğitime yönelik olanıdır. Her konuda olduğu gibi nanoteknolojide de araştırıcı uzman sayısı son derecede kısıtlıdır. Bu nedenle bu uzmanların bir an önce eğitimlerini almaları ve daha sonra gerekli her türlü araştırma ekipmanına sahip olan profesyonel araştırma kurumlarında deneyim kazanmaları gerekmektedir. Bu bağlamda Malzeme Bilgisi ve Nanoteknoloji konusunda ki çok disiplinli yüksek lisans ve doktora programımız UNAM’daki işlevlerimizin temelini oluşturmaktadır. Doktora ve yüksek lisans tez çalışmalarından hemen uygulama alanı bulabilecek buluşların ve ‘inovasyon’ların ortaya çıkması hedeflenmektedir.

Nanoteknolojide geniş bir alanı kapsayan araştırmalar son derecede hassas ve pahalı ekipmanlar ile ayrıcalıklı araştırma koşullarını gerektirmektedir. Böyle araştırma merkezlerini bir üniversitenin kendi imkanları ile kurup işletmesi ilerlemiş ülkelerde bile mümkün olamamakta. İşte, kısıtlı kaynakların bir yerde toplanarak gerekli her türlü cihaz ve ekipman ile donatılmış laboratuvarların kurulması ve mevcut olanakların birinci sınıf deneyimli araştırıcıların denetiminde bilimsel çalışmalara tahsis edilmesi bu konuda alınmış ikinci stratejik kararımızdır. Böyle merkezlerde araştırmalardan kazanılan deneyim de birikmekte ve yeni araştırmalarda kullanılmaktadır. Zamanla uzmanlar yetiştikçe yeni uydu merkezlerin veya uzmanlaşmış araştırma laboratuvarlarının üniversitelerde veya şirket bünyelerinde kurulması, hatta araştırma üçkenlerinin oluşturulması gündeme gelecektir. Bu stratejiye uygun olarak kamu ve özel sektörün gereksinimleri doğrultusunda UNAM uzmanları tarafından yönlendirilen projelere diğer üniversitelerden ve sanayiden ilgilenen araştırıcıların katılımı sağlanacaktır. Avrupa Birliği, özel sektör, TÜBİTAK, DPT ve benzeri kuruluşlar tarafından desteklenecek bu projelerde misafir araştırmacıların UNAM’ın bütün imkanlarını kullanarak çalışmalara katılmalarına ve projedeki yükümlüklerini yerine getirmelerine olanak tanınacaktır.

Kamu kaynakları ile üniversitelerde büyük bütçeli ulusal laboratuvarların kurulması olgusu ABD’den değişik çok sayıda ülkeye yayılmıştır. Bu bağlamda İran ve Pakistan’da da ulusal merkezlerin veya enstitülerin kurulması devlet politikası olmuştur. Ülkemizde başka alanlarda da değişik üniversitelerimizde bu tür mükemmelliyet merkezlerinin zaman kaybetmeden kurulması gerekmektedir. Heraklion Araştırma Merkezinin AB Çerçeve programlarından milyonlarca Avro kaynak kullanarak Yunanistan’ın bilim ve teknolojisine yaptığı katkı bu ‘Ulusal Merkez’ fikrinin ne kadar yerinde olduğunu göstermektedir.

UNAM’ın çok ileri düzeyde donatılmış bir mükemmelliyet merkezi olarak gelişmesi yabancı ülkelerde doktora derecesini almış çok yetenekli genç bilim adamlarımıza Türkiye’ye dönerek ülkemizin bilimsel ve teknolojik alanda gelişmesine katkıda bulunmasına fırsat verecek, beyin göçünü tersine döndürecektir. Ayrıca yabancı ülkelerde yerleşmiş çok değerli bilim adamlarımız için UNAM bilimsel bir ‘kontak’ noktası olacak, önemli bilim ve teknoloji transferi sağlanacaktır. İtalya, Çin, İsrail, Hindistan gibi ülkelerin bu yolla kazanımları göz önünde bulundurulmalıdır.

UNAM yukarıda özetlenen stratejik kararlar ve hedefler doğrultusunda hızla gelişip büyümektedir. Ancak yukarıda özetlenen bu çalışmalar UNAM’ın kurulup büyümesinde sadece 1. fazı oluşturmaktadır. İzleyen yeni fazlarla enstitümüzün başarı kazanarak büyümesi ve toplam yatırımımızın 100 milyon Dolara erişmesi planlanmıştır. Bunun için gerekli olan kaynak merkezde yürütülmekte olan projelerden elde edilen gelirden sağlanacaktır. UNAM’ın ürün ve teknoloji geliştirmeye yönelik işlevleri ile Türkiye’de profesyonel araştırma kurumu için iyi bir örnek oluşturması bütün UNAM çalışanlarının hedefidir.

* Fizik Bölümü, Bilkent Üniversitesi, Bilkent Ankara