Bilim insanları, kısaca karbon nanotüpler (KNT veya CNT) hakkında her şeyi bilmiyorlar, ancak emin oldukları tek şey, bunların ince katmanlardan oluşan karbon atomlarından meydana geldiği ve en sert maddelerden biri olduğu. Karbon nanotüp, silindirin içinde yuvarlanan bir grafit tabakası gibidir ve tabakayı oluşturan mikro boyutlardaki altıgen yapıtaşlarından oluşur. Karbon nanotüpler son derece küçüktür; Bir karbon nanotüpün çapı bir nanometredir ve bu, insan saçının on binde birine (1 / 10.000) eşittir; çapı bir nanometre olsa da, çeşitli uzunluklarda üretilebilir.
Karbon nanotüpler yapılarına göre sınıflandırılır: tek katmanlı (duvarlı) nanotüpler (SWNT’ler), çift katmanlı nanotüpler (DWNT’ler) ve çok katmanlı nanotüpler (MWNT’ler). Kullanım ve uygulama alanına göre nasıl bir karbon nanotüp üretilip kullanılacağı değişiklik gösterebilir.
Eşsiz mekaniği, elektriksel ve termal özellikleri nedeniyle karbon nanotüpler, bilimsel araştırmalar, endüstriyel ve ticari uygulamalar için heyecan verici fırsatlar sunar. Kompozit endüstrisinde KNT’ler için birçok potansiyel kullanım alanı vardır, nerelerde kullanılır ve gelecekte hangi alanlarda kullanılabileceği hakkında makalemizin ilerleyen kısımlarında bahsedeceğiz.
Karbon Nanotüpler Nasıl Üretilir ve Ne İşe Yarar?
En basit haliyle mum alevleri, doğal olarak karbon nanotüpleri oluşturmanın bir yoludur. Araştırmada ve mamul ürünlerin geliştirilmesinde karbon nanotüpleri kullanmak için bilim insanları, daha güvenilir üretim yöntemleri geliştirdiler. Çeşitli üretim yöntemleri kullanılırken, kimyasal buhar biriktirme, ark deşarjı ve lazer ablasyon, karbon nanotüpleri üretmenin en yaygın üç yöntemidir.
Kimyasal buhar biriktirmede (Solar Fırın Yöntemi) karbon nanotüpler, bir substrat üzerine serpilmiş metal nanopartikül tohumlarından büyütülür ve 700 santigrat dereceye (1292 derece Fahrenheit) kadar ısıtılır. İşleme sokulan iki gaz, nanotüplerin oluşumunu başlatır. (Metaller ve elektrik devresi arasındaki reaktivite nedeniyle, zirkonyum oksit bazen nanopartikül tohumları için metaller yerine kullanılır.) Kimyasal buhar biriktirme ticari üretim için en popüler yöntemdir.
Ark deşarjı (Ark Boşaltma) yöntemi, karbon nanotüpleri sentezlemek için kullanılan ilk yöntemdi. Uçtan uca yerleştirilen iki karbon çubuk, karbon nanotüpleri oluşturmak için ark buharlaştırılır. Ek olarak saflaştırma işlemi gerekir.
Lazer ablasyonu (Lazerle Aşındırma), yüksek sıcaklıklarda darbeli bir lazer ve bir inert gazı eşleştirir. Darbeli lazer grafeni buharlaştırır ve buharlardan karbon nanotüpler oluşturur. Ark deşarj yönteminde olduğu gibi, karbon nanotüplerin daha da saflaştırılması gerekir.
Karbon Nanotüplerin Avantajları
Karbon nanotüpler, aşağıdakiler de dahil olmak üzere birçok önemli ve benzersiz özelliğe sahiptir:
- Yüksek termal ve elektriksel iletkenliği
- Optik özellikleri
- Esneklik
- Yüksek Sertlik
- Yüksek Dayanıklılık (ağırlık birimi başına çelikten 100 kat daha güçlü)
- Oldukça Hafif
- Elektro-iletkenlik aralığı
- Manipüle edilme ve uzun vadede güçlü kalabilme
Ürünlere uygulandığında bu özellikler çok büyük avantajlar sağlar. Örneğin, polimerlerde kullanıldığında, dökme karbon nanotüpler, ürünlerin elektriksel ve termal özelliklerini iyileştirebilir.
Uygulamalar ve Kullanım Alanları
Günümüzde, karbon nanotüpler birçok farklı alanda çeşitli uygulamalara sahip ve araştırmacılar günden güne yeni kullanım alanları keşfetmeye devam ediyor.
Mevcut uygulama alanları şu şekildedir:
- Bisikletlerin bileşenleri
- Rüzgar türbinleri
- Düz panel ekranlar
- Taramalı prob mikroskopları
- Algılama cihazları
- Kayak eşyaları, beyzbol sopaları, hokey sopaları, okçulukta kullanılan oklar ve sörf tahtaları gibi spor malzemeleri
- Elektrik devreleri
- Daha uzun ömürlü piller
- Çeşitli elektronik aletler
- Transistörler
Karbon nanotüplerin gelecekteki potansiyel kullanım alanları ise şu şekilde:
- Giyim (bıçak ve kurşun geçirmez kıyafetler için)
- Yarı iletken malzemeler
- Uzay araçları
- Uzay asansörleri
- Güneş panelleri
- Kanser tedavisi ve nanotıp alanlarında
- Dokunmatik ekranlar
- Enerji depolama
- Optik
- Radar
- Biyoyakıt ve biyosensörler
- LCD’ler
- Mikroskopik test tüpleri
- Fiber internet
- Yakıt Hücreleri
- Çeşitli nanoteknolojik alanlar
Yüksek üretim maliyetleri şu anda ticari uygulamaları oldukça sınırlarken, yeni üretim yöntemleri ve uygulamaları için yapılan birçok çalışma mevcut. Karbon nanotüplerin yapılarına ve üretimine dair çalışmalar arttıkça, kullanım alanları da artacaktır. Birçok önemli özelliği içinde barındırması sebebiyle karbon nanotüpler yalnızca günlük yaşamda değil, aynı zamanda bilimsel keşifler ve sağlık hizmetlerinde de devrim yaratma potansiyeline sahiptir. Üretimi çok az olduğu için haliyle fiyatları da yüksek seviyelerde.
Olası Sağlık Riskleri
CNT’ler, geçmişi çok kısa olan bir malzemedir. Günümüze kadar nanotüpler üzerinde yapılan çalışmalar sonucu hiçbir insana veya çevreye zarar gelmemiş olsa da, bilim insanları nano parçacıkları tutarken dikkatli olmayı öneriyorlar. Günümüzde bilim, duman parçacıkları gibi zehirli maddeleri işleyebilen çeşitli imkanlara sahiptir. Bununla birlikte, tüm bu nanoparçacıklar oldukça küçük olduğu için her zaman bir risk potansiyeli barındırır.
Karbon nanotüpler hakkında henüz kanıtlanmış bir sağlık riski bulunmasa da, üzerinde araştırmalar yürüten bilim insanları gerekli önlemleri almadan çalışmalara katılmıyorlar. Her ihtimale karşı hazırlıklı olmak gerekir, muhtemelen yakın gelecekte karbon nanotüplerden çok daha sık söz edeceğiz.
