Nanopartiküller Hakkında Her Şey

Nanopartiküller Hakkında Her Şey

Nanopartiküller

Nanoteknolojinin temelini oluşturan ve sıra dışı özellikleriyle ilgi çeken nanopartiküller, bugün birçok araştırmaya konu olmaktadır. Günlük hayatımızda kullandığımız birçok ürünün geliştirilmesinde yer alan nanopartiküllerle fark etmesek de her gün karşılaşmaktayız. Nanokil, nanogümüş, demir oksit, bor nitrür, PTFE, titanyum dioksit, magnezyum oksit ve fulleren gibi nanopartiküller önemli bazı nanopartiküller arasında yer almakta ve birçok uygulamada kullanılmaktadır.

Bilim dünyasını kasıp kavuran nanoteknolojinin en dikkat çeken ürünlerinden biri de nanopartiküllerdir. Nanoteknoloji ve malzeme biliminin kesişim noktasında yerinin alan nanopartiküller, bugün yapılan birçok buluşun ve görülen gelişimlerin merkezinde yer almaktadır. Peki nedir bu nanopartiküller?

Nanoteknolojinin Geldiği Nokta

Nano ölçeğin umut verici potansiyeline 1957’de ilk kez Faraday dikkat çekmiştir. Nanoteknolojinin ve nanopartiküllerin araştırılmasının temellerini ilk atan Faraday olsa da nanopartiküllerin kullanımı çok daha eski tarihlere dayanmaktadır. 6. ve 15. Yüzyıllar arasında Avrupa’da inşa edilen katedrallerin cam süslemelerinde ve 17. Yüzyılda İslam Dünyası’nda seramik süslemelerde farklı renklere ulaşmak amacıyla nanopartiküller kullanılmıştır. Bu dönemde özellikle metalik nanopartiküller kullanılmaktadır. Fakat nanopartiküllerin bilimsel olarak incelenmesi 19. Yüzyıla kadar gerçekleşmemiştir. Fraday’ın altın nanopartiküller içeren koloitler üzerine yaptığı çalışmalarla birlikte nanoteknolojinin temelleri atılmış ve bugün üzerinde çalışılan birçok buluşun yolu açılmıştır. Nano ölçekte boyutların tanımlanmasında kullanılan nanometre kavramı ise ilk defa 1925 yılında kimya alanında Nobel ödülü alan Richard Zsigmondy tarafından kullanılmıştır. Zsigmondy nanopartiküllerin boyutunu ölçen ilk bilim insanı olmuştur. Nanoteknolojinin ilerlemesine en büyük katkıyı ise taramalı tünelleme mikroskobu (scanning tunelling microscope, STM) ve atomik kuvvet mikroskobunun (atomic force microscope, AFM) geliştirilmesi sağlamıştır. Bu teknolojiler sayesinde nano boyutlarda görüntüleme ve ölçüm yapılabilmekte, nanomalzemeler işlenebilmektedir.

Nanomalzemeler, büyüklüğü en az bir boyutta 1-100 nm arasında bulunan malzemelerdir. Nanomalzemeler yapılarına göre nanopartiküller, tabakalı veya lamelli nanoyapılar, telsi nanoyapılar ve kütlesel nanoyapılı malzemeler olarak sınıflandırılabilir. Bunların içinde nanopartiküller sıfır boyutlu (0-D), tabakalı veya lamelli nanoyapılar bir boyutlu (1-D), telsi nanoyapılar iki boyutlu (2-D) ve kütlesel nanoyapılı malzemeler üç boyutlu (3-D) malzemelerdir. Nanomalzemeleri diğer materyallerden ayıran en önemli iki özellik yüksek yüzey alanı ve kuantum alan etkileridir. Nanomateryaller, büyük parçacıklara göre daha yüksek yüzey/hacim oranına sahiptirler. Malzeme boyutu küçüldükçe yüzeyde bulunan atom miktarı artmakta ve buna bağlı olarak da malzemenin çevre ile etkileşimi değişmektedir. Nanopartiküller, makro eşdeğerlerine göre daha güçlü özellikler gösterebildikleri gibi tamamen farklı özellikler de gösterebilirler. Nano boyuttaki malzemeler, daha yüksek reaktiflik ve mekanik direnç, daha iyi elektriksel ve termal özellikler göstermektedirler. Buna ek olarak, kuantum etkisi ile farklı optik, manyetik ve elektriksel özellikler gösterebilirler. Farklı renkte ışımalar ve makro boyutlarda görülmeyen reaktivite, nano boyutta sıklıkla karşılaşılan farklılıklardır. Nanoteknoloji çalışmalarına yapılan yatırımlar, 20. Yüzyıldan itibaren hızla artarak 2020 yılında yaklaşık 54,2 milyar USD seviyesine ulaşmıştır.

Nanopartiküller demet, salkım veya küre şeklinde kümeleşen atomlardan oluşurlar. Nano ölçeğin ilgi çekici özellikleri nanopartiküllerde açıkça görülebilir. Yüksek yüzey alanları, güç/ağırlık oranları ve ilgi çekici özellikleri ile nanopartiküller birçok araştırmanın merkezinde yer alır. Bu araştırmalar sonucu elde edilen değerli sonuçlar günlük hayatta, endüstride ve tüketim ürünlerinde yerini almaya çoktan başlamıştır. Nanopartiküller kullanılarak dayanıklılık ve UV koruma özelliği gösteren boya ve kaplamalar, güçlendirilmiş yapı malzemeleri, su geçirmez kaplamalar ve iletkenliği arttırılmış elektronik ürünler, günümüzde nanoteknolojinin faydalanıldığı birçok alandan sadece birkaç tanesidir. Nanopartiküller konusunda en ok araştırılan ve tartışılan konular, bu partiküllerin insan ve çevre üzerine oluşturabileceği potansiyel toksik etkiler ve sürdürülebilir üretim yöntemleridir. Bilim bu konuda gün geçtikçe ilerleme kaydetme ve bu temel sorunlara çözümler üretmektedir. Bu sayede, nanopartiküllerin gittikçe günlük hayatımızın büyük bir parçası haline geleceği öngörülmektedir.

Önemli Bazı Nanopartiküller Nelerdir?

Gelişen nanoteknoloji sayesinde birçok materyal, farklı yöntemler kullanılarak nano ölçekte üretilebilmektedir. Peki günümüzde hangi nanopartiküller öne çıkmaktadır? Gösterdikleri birbirinden farklı özelliklerden farklı amaçlar için en çok kullanılan nanopartiküller nanokil çeşitleri, manyetit (Fe3O4) ve hematit (Fe2O3) gibi demir bazlı nanopartiküller, kübik bor nitrür, polytetrafluoroethylene (PTFE), nano gümüş, titanyum dioksit, magnezyum oksit ve fulleren olarak listelenebilir.

Nanokil

Kil, endüstriyel uygulamalarda kullanılan en önemli doğal malzemelerden biridir. Düşük maliyeti, çevre dostu kimyası ve doğada bol miktarda bulunması, kili sıklıkla kullanılan bir malzeme yapar. Nanoteknolojinin yükselişiyle birlikte nanokil de büyük ilgi görmüştür. Nanokiller, birkaç farklı fiziksel ayırma tekniğinin bir kombinasyonu ile elde edilebilir. Kil mineralleri bir silika tetrahedral tabakadan (SiO4) ve bir alümina oktahedral tabakadan (AlO3(OH)3) oluşur. Yapısal katmanlar, esas olarak Van der Waals kuvvetleri, hidrojen bağı ve elektrostatik kuvvetleri içeren moleküller arası kuvvetler yoluyla bir araya istiflenir. Katmanlar arasındaki bu zayıf etkileşimler nedeniyle kil tabakaları arasında bir ara katman oluşur. Ara katmanlar, su, organik katyonlar ve polar organik sıvıların dolmasıyla kil örgüsünün genişlemesine neden olabilir. Her kil tabakası, oktahedral ve / veya tetrahedral tabakalardan oluşur. Nanokillerin özellikleri bu tabakaların düzenlenmesinden etkilenir. Farklı düzenlemeler yaklaşık 30 farklı nano kil türü sağlayabilir. Ancak malzeme bilimlerinde üç farklı levha düzenlemesi dikkat çekmektedir; 1: 1, 2: 1 ve 2: 1: 1. Adından da anlaşılacağı gibi, 1: 1 düzenlemede, her oktahedral tabaka bir tetrahedral yaprağa bağlanır; 2: 1 düzenlemede, her oktahedral tabaka iki tetrahedral tabakaya bağlanır. 2: 1: 1 düzenlemede, her bir oktahedral tabaka başka bir oktahedral tabakaya bitişiktir ve iki tetrahedral tabakaya bağlanmıştır. 1: 1 düzenleme gösteren kil grupları rektorit, kaolinit, halloysit ve krizotil olarak sıralanabilir. 2: 1 düzenleme gösteren kil grupları smektit, vermikülit, prophylit talk, mika ve kırılgan mika olarak sıralanabilir. Öte yandan, klorit grubu 2: 1: 1 düzenleme gösterir. Bu grupların her birinden kil materyalleri birkaç farklı uygulamada kullanılabilmesine rağmen, montmorillonit (smektit grubuna ait) ve halloysit, nanoteknoloji uygulamalarında en çok araştırılan nanokillerdir. Bu nedenle, bu nanokillerin özellikleri derinlemesine incelenmiştir.

Doğada halloysit genellikle halloysit nanotüpler (HNT'ler) olarak adlandırılan boru şeklindeki yapıda bulunur. Bu yapıların çapı 50 ila 60 nm arasında değişirken, uzunluğu 0,5 ila 10 µm arasında değişmektedir. HNT'ler, mekanik özellikleri iyileştirmek için seramik ürünlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Günümüzde bu malzemeler, yüksek yüzey alanları ve çekici mekanik özellikleri nedeniyle kirletici emilimi, ilaç taşıyıcı sistemler, katalizörler ve polimer katkı maddesi gibi nanoteknoloji uygulamalarında da dikkat çekmektedir.

Nanoclay

Montmorillonit düz bir morfoloji gösterir ve üst üste dizilmiş kil katmanlarından oluşur. Montmorillonit nanopartiküllerinin genişliği 200 ila 600 nm arasında değişebilirken, kalınlıkları genellikle birkaç nanometre ile sınırlıdır. Montmorillonit, Na + ve Ca + gibi çeşitli metal iyonları tarafından doğal olarak yüklenir. Ayrıca, katyonik değişim kapasitesinden dolayı katmanlar arasındaki izomorfik yer değiştirme sırasında negatif bir yük üretilir. Bu özellikler, montmorillonitin dispersif yapısını büyük ölçüde etkiler ve montmorillonit için hidrofilik davranışa neden olur. Montmorillonit nanopartikülleri ilaç taşıyıcı sistemlerde ve kirleticilerin arındırılmasında kullanılmaktadır.

Demir Oksit Nanopartikülleri

Demir oksit bileşikleri doğada mineral halinde bulunduğu ve manyetik özellikler gösterdikleri için yıllar boyunca farklı amaçlarla kullanılmıştır. Doğada bulunan demir oksit bileşikleri manyetit (Fe3O4), hematit (α-Fe2O3) ve magemit (γ- Fe2O3) gibi farklı formlarda görülmektedir. Ferromanyetik özellik gösteren magemit termal olarak kararsız bir bileşiktir ve yüksek sıcaklıklarda hematit formuna dönüşür. Hematit bilinen en eski ve en yaygın demir oksit bileşiğidir. Tipik olarak kayalarda ve tuz yataklarında bulunur. Hematit nanopartikülleri az miktarlarda incelendiğinde kırmızı bir görünüm verirken toplu halde incelendiğinde siyah bir görünümü vardır. Hematit bileşiğinde demir iyonları üç değerlikli bir halde bulunur. Rombohedral yapı gösteren hematit bileşiğinde demir iyonları oktahedral alanların 3’te ikisini doldururken oksijen iyonları tetrahedral alanları doldurur. Bu nedenle, hematit nötr bir yüke sahiptir. Oda sıcaklığında zayıf ferromanyetik ve anti-ferromanyetik özellikler gösteren hematit aynı zamanda paramanyetiktir. Paramanyetik özelliği 956 K olan Curie sıcaklığının üzerine çıktığında gösterir Oda sıcaklığında zayıf ferromanyetik özellik gösterirken 260 K değişim göstererek anti-ferromanyetik özelliğe sahip olur. Hematit nanopartikülleri 2,1-2,2 eV aralığında bir bant açıklığı ve yarı iletken özellik gösterir.

Manyetit, bir diğer ilgi gören demir oksit bileşiğidir. Bu demir oksit, paramanyetik ve ferromanyetiktir. Siyah bir görünüme sahip olan bu nanopartiküller ters spinel bir yapıya sahiptir ve hem üç hem de iki değerlikli demir iyonları içerir. Manyetit, geçiş metal oksitleri arasında bilinen en güçlü manyetik özelliğe sahiptir. Bu yüzden manyetit teknolojik uygulamalarda önemli bir yere sahiptir. Manyetit nanopartikülleri için Curie sıcaklığı 850 K’dir. 6 nm’den küçük manyetit nanopartikülleri süper paramanyetik özellik gösterir.

fe3o4

Demir oksit nanopartikülleri veri saklama sistemlerinde, NH3 üretimi ve dehidrasyon gibi çeşitli reaksiyon mekanizmalarında katalist olarak ve boya, seramik ve porselen malzemeler de pigment olarak kullanılmaktadır. Bu nanopartiküllerin, özellikle manyetitin, manyetik özellikleri ve düşük toksik özelliği biyomedikal uygulamalarda, manyetik rezonans görüntülemede (MRI), kanser tedavisinde ve biyo sensörlerde kullanılmaktadır. Buna ek olarak manyetit nanopartikülleri hedeflenmiş ilaç taşıyıcı sistemlerde ve ferro-sıvılarda kullanılmaktadır. Süper paramanyetik nanopartiküllerden yararlanan bu ferro-sıvılar, uzay araçlarının kapak ve contalarında, bilgisayarların disk ünitelerinde ve yüksek titreşimli ortamlarda kullanılmaktadır.

Kübik Bor Nitrür

Bor nitrür yakın zamanda bilim dünyasının ilgisini çekmiş bileşiklerden biridir. Farklı bileşik yapıları bulunan bu materyal, bileşik yapısına göre farklı özellikler göstermektedir. En çok bilinen ve üzerine çalışılan boron nitrür yapıları; hekzagonal, kübik, amorf ve vürtzit boron nitrür yapılarıdır. Bu boron nitrür çeşitlerinden kübik boron nitrür elmasa benzeyen yapısı ile dikkat çekmektedir. Bu özel yapısı sayesinde kübik boron nitrür oldukça sert ve dayanıklıdır. Mekanik özellikleri elmasa olan benzerliğiyle dikkat çeker. Bunun yanında oksidasyona dayanıklılığı ve inert kimyasal yapısı ve termal dayanıklılığının elmastan daha iyi olması nedeniyle oldukça çekici özelliklerindendir. Kübik boron nitrürün bu özellikleri nanoteknoloji çalışmalarında da ilgi görmekte ve kübik boron nitrür nanopartikülleri güçlendirici katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Çalışmalar kübik boron nitrürün sertlik ve dayanıklılığının partikül boyutu azaldıkça arttığını göstermiştir. Bazı araştırmacılar, kübik boron nitrür nanopartiküllerinde 100 GPa’dan yüksek Vickers sertliğine ulaşmayı başarmıştır. Kübik boron nitrür nanopartiküller bu özellikleri nedeniyle kesme aletlerinde, sert kaplamalarda, aşındırıcı maddelerde ve ısıya dayanıklılık gerektiren alanlarda kullanılır.

boron nitride

Nano-PTFE

PTFE yaygın olarak bilinen ve birçok alanda kullanılan bir polimerik materyaldir. Birçok endüstriyel uygulamada plastik madde olarak ve katı kayganlaştırıcı olarak kullanılmaktadır. PTFE’nin en çok dikkat çeken özellikleri düşük sürtünme katsayısı, ısıya ve kimyasallara karşı dayanıklı yapısıdır. Bu özellikleri nedeniyle kapışmaz kaplamalarda, kayganlaştırıcı yağlarda ve aşındırıcı maddeler için yapılan saklama ve taşıma çözümlerinde sıklıkla kullanılır. Birçok alanda kullanışlı olması ve endüstriyel üretiminin yüksek olması nedeniyle PTFE, üzerinde nanoteknolojik çalışmaların yürütüldüğü malzemelerden biridir. Nano ölçekteki PTFE partikülleri ve kompozitleri üzerine yapılan birçok çalışma bulunmaktadır. PTFE nanopartikülleri, makro veya mikro eşdeğerlerine göre daha düşük sürtünme katsayısına ve buna bağlı olarak daha iyi kayganlaştırıcı özelliğe sahiptir. Bu nanopartiküllerin yağlayıcılarda katkı maddesi olarak kullanıldığında kaynak yükü ve aşınmaya karşı daha iyi koruma sağladığı bilinmektedir. Aynı nedenlerle PTFE nanopartiküllerin yazıcı mürekkeplerinde ve yapışmaz kaplamalarda kullanılması üzerine de çalışmalar yapılmaktadır. PTFE nanopartiküllerin hidrofobik özelliği ise proton değişim membran (proton exchange membrane, PEM) yakıt hücrelerinin katalist yapılarında kullanılmaktadır. Bu yakıt hücrelerinin tek kimyasal ürünü olan su, PTFE nanopartiküller kullanıldığında hücreden çok daha kolay bir şekilde atılabilmektedir.

PTFE

PTFE nanopartikülleri katkı maddesi olarak saf halde kullanılabileceği gibi birçok farklı madde ile kompozit olarak da kullanılabilir. Polymethyl methacrylate (PMMA) gibi diğer polimerik nanomateryaller, nano alüminyum gibi metalik nanomateryaller ve seramik nanopartiküllerle oluşturulan PTFE nano kompozitleri, güçlendirilmiş özellikler gösterir ve birçok farklı uygulama alanında kullanılabilir.

Nanogümüş Tozu

Gümüş nanopartiküller, antimikrobiyal etkileri ve dikkat çeken optik, termal ve elektrik özellikleri sayesinde en çok ilgi gören nanopartiküllerden biridir. Bahsi geçen özellikleri derinlemesine anlamak ve nanoteknolojide kullanabilmek için nanogümüş tozu üzerine birçok araştırma ve yatırımlar yapılmaktadır. Bu nanopartiküller için hızla artan yatırımlar, 2019 yılında 1,8 milyar USD’yi aşarak önemli bir seviyeye ulaşmıştır. Lokalize yüzey plazmon rezonans özelliği gümüş nanopartkülleri birçok optik uygulamada kullanışlı hale getirirken antimikrobiyal özelliği yiyecekten kozmetiğe birçok sektörde ilgi görmüştür. Gümüşün yüzyıllardır bilinen antimikrobiyal özelliği, nano boyutlarda görülen geniş yüzey alanı ve küçülen partikül boyutu ile artmaktadır. Gümüş nanopartikülleri yaydıkları Ag iyonları ile hücre üzerinde oksidatif strese neden olarak hücrenin çeper ve duvar yapısına, enzim fonksiyonlarına ve protein yapılarına zarar verir. Buna ek olarak nano ölçekteki gümüş partikülleri hücre zarı üzerine mekanik etkiler yaratarak parçalanmasına neden olur. Bu iki antimikrobiyal özelliğin çok etkili sonuçlar ortaya çıkardığı bilinse de ağırlıklı olarak hangi mekanizmanın etkili olduğu hala cevaplanmayan sorular arasındadır. Bu yüzden, nanogümüşün antimikrobiyal mekanizmasına açıklık getirmek için yapılan çalışmalar hala devam etmektedir. Antimikrobiyal ve yüzey rezonans özelliklerinin yanı sıra elektrik direnci ile de dikkat çeken gümüş nanopartiküllerin kullanım alanı oldukça geniştir. Nanogümüş tozu geniş spektrumlu antimikrobiyal olarak, yüzeyde güçlendirilmiş Raman spektroskopisinde (surface enhanced Raman spaectroscopy, SERS), kimyasal ve biyolojik sensörlerde, biyo-ilaçlarda, biyo-işaretlerde, elektronik devreler ve su arıtma sistemlerinde kullanılır. Gümüş nanopartiküllerinin antimikrobiyal etkinliği tüketim ürünlerinde özellikle ilgi çekmektedir. Yiyecek paketleme teknolojilerinde, küçük ev aletlerinde, kumaş kaplamalarında ve dezenfektan ürünlerde ticari olarak kullanılan gümüş nanopartikülleri bu sayede günlük hayatımızda yerini almıştır. Günlük tüketimle bu kadar iç içe bulunması söz konusu olduğu için gümüş nanopartikülleri üzerine en çok tartışılan konu bu nanopartiküllerin toksik etkileridir. Birçok araştırmacı tarafından incelenen bu konu hala tartışmaya açık olup üzerinde yürütülen çalışmalar sürdürülmektedir.

Ag

Titanyum Dioksit

Titanyum metalinin oksitli bileşiği titanyum dioksit (TiO2) doğada hazır bir şekilde bulunur ve mineral yataklarından elde edilebilir. 20. yüzyılın başlarında boyalarda kullanılan toksit beyaz pigmente alternatif olarak kullanılmaya başlanan titanyum dioksit zaman içinde birçok farklı uygulamada yerini almıştır. Nanoteknolojinin gelişmesiyle beraber de titanyum dioksit nanopartiküllei üzerine yapılan çalışmalar hızla artmaya başlamıştır. Titanyum dioksit doğal olarak üç farklı mineral yapısına sahiptir: anatas, rutil ve brukit. Brukit yapısı yüksek sıcaklıklarda kararsız olması ve rutil forma başkalaşması nedeniyle en nadir görülen titanyum dioksit mineral yapısıdır. Anatas ve rutil titanyum dioksit benzer özelliklere sahiptir fakat rutil formdaki titanyum dioksit daha hafif bir yapıya sahiptir ve korozyona karşı direnç gösterir. Titanyum dioksit nanopartikülleri optik, termal, manyetik ve elektrik özellikleriyle dikkat çekmektedir. Bu nanopartiküller su içerisinde kararlı bir yapıya sahiptirler ve yüksek kırılma indeksi (n:2.4) gösterirler. Opak ve beyaz pigment maddesi olarak kullanılabilmesi de bu yüksek kırılma indeksi sayesindedir. Beyaz titanyum dioksit pigmentleri plastik, boya, yiyecekler, yiyecek katkı maddeleri ve kozmetik ürünlerinde sıklıkla kullanılmaktadır. Titanyum dioksitin çekici optik özellikleri fotokataliz uygulamalarında da kullanılmaktadır. Fotokataliz özelliği medikal uygulamalarda özellikle kanser tedavi yöntemlerinde ve antibiyotiğe karşı dirençli bakterilere karşı antimikrobiyal olarak kullanılmaktadır. Titanyum dioksit nanopartikülleri hem saf halde hem de diğer materyallerle kompozit veya hibrit yapılarda kullanılabilir. Bu malzemeler kanser hücrelerinin ışığa karşı duyarlı hale getirerek tedaviye yardımcı olurlar. Fotokataliz özelliği sadece medikal uygulamalarla kalmayıp, kendi kendini temizleyen yüzeylerin geliştirilmesinde, organik kirleticilerin hava toprak ve sudan arıtılmasında da kullanılmaktadır. Buna ek olarak, titanyum dioksit nanopartikülleri yarı iletken özellik de göstermektedir. Bu özelliği sayesinde düşük maliyetli, kolay kontrol sağlayan, toksik özellik göstermeyen ve kimyasal korozyona direnç saylayan bir yarı iletken madde olarak kullanılmaktadır. Titanyum dioksitin hem yarı iletken elektrik özelliği hem de fotokataliz özelliği solar enerji sistemlerinde oldukça ilgi çekmektedir. Solar panellerde ince kaplama maddesi olarak kullanılması üzerine yapılan birçok çalışma titanyum dioksitin bu alanda büyük bir potansiyele sahip olduğunu göstermiştir. Günümüzde üretilen titanyum dioksit nanopartiküllerinin yaklaşık %48’i boya pigmenti olarak kullanılırken %52’lik kısmı çevre ıslahından elektrikli aletlere kadar birçok farklı alan tarafından kullanılmaktadır. Titanyum dioksit nanopartiküllerinin geleceği hala geliştirme aşamasında olan diğer kullanım alanları ile büyük bir ilerleme potansiyeli gösterirken doğa ve insanlar üzerinde oluşturabileceği muhtemel toksit etki araştırılması gereken bir alandır.

Tio2

Magnezyum Oksit

Magnezyum oksit (MgO) nanopartikülleri doğa dostu, ekonomik ve endüstriyel olarak değerli bir malzeme olmasıyla son dönemde dikkat çekmiştir. Bu higroskopik katı mineral yüksek yüzey alanına ve boşluklu bir yapıya sahiptir. Magnezyum oksit nanopartiküllerinin en önemli özellikleri mükemmel refraktif indeks, korozyona karşı dayanıklılık, yüksek termal iletkenlik, düşük elektrik iletkenliği, yapısal dayanıklılık, kimyasal kararlılık, ateşe karşı dayanıklılık, dielektrik dayanıklılık ve optik geçirgenliktir. Bu çeşitli özelliklerinden dolayı magnezyum oksit birçok uygulama alanında kullanılmakta ve birçok araştırmaya konu olmaktadır. Magnezyum oksitin özel kimyasal yapısı bu malzemenin yüzeyinde asit ve baz özelliği gösteren alanlar varmış gibi davranmasına neden olur. Bu ikili yapı malzemeye antibakteriyel ve antioksidan aktivite gibi birçok ilginç özellik kazandırmaktadır. Magnezyum oksit, bakteri hücre duvarı ile etkileşime geçtiğinde reaktif oksit molekülleri oluşturarak bakteri hücre zarını ve fosfolipitleri yok eder. Bu yüzden antibakteriyel ürünler içerisinde katkı maddesi olarak kullanılmaktadır. Magnezyum oksit kanser hücrelerinin tedavisinde ve antioksidan olarak da kullanılmaktadır. Ayrıca, reaktif yapısı, seçiciliği ve yüksek yüzey alanı sayesinde metil oranj, reaktif siyah boya ve metil kırmızı gibi organik kirleticiler ve ağır metallerin çevreden arındırılmasında da etkili olduğu görülmüştür. Magnezyum oksit nanopartiküllerinin endüstride en çok ilgi gören kullanımı da birçok farklı reaksiyonda heterojen katalist olarak kullanılmasıdır. Magnezyum oksitin elektrik özelliklerinden ise yarı iletken materyal üretimi ve elektrokimyasal sensörlerde yararlanılmaktadır. Optik ve termal özellikleri ise yansıtıcı kaplamalarda kullanışlı özellikler olarak değerlendirilmektedir.

MgO

Magnezyum oksitin özellikleri üretim yöntemi ve şartlarından oldukça etkilenmektedir. Magnezyum oksit, genellikle magnezyum hidroksit veya magnezyum karbonatın kalsinasyonuyla üretilir. Isıl işlem gibi geleneksel üretim yöntemleri ile magnezyum oksit üretimi yüksek sıcaklık ve zararlı solvent kullanımı gerektirdiğinden günümüzde yeşil magnezyum oksit üretimi üzerine çalışmalar gerçekleştirilmektedir. Araştırmacılar, bu yeşil yöntemler sayesinde doğaya zarar vermeden magnezyum oksit üretimi gerçekleştirmeyi hedeflenmektedir. Böylece magnezyum oksit nanopartikülleri yararlanılan en güvenli ve çok yönlü nanopartiküllerden biri olacaktır.

Fulleren

Karbon ve karbon bazlı ürünler tartışmasız en önemli maddelerdendir. Grafit ve elmasın birbirinden farklı özellikleri yıllardır kullanılmış insanlar tarafından değer görmüştür. Bu sebeple, karon nanoteknolojinin de ilgi odağı olmayı başarmıştır. Karbon bazlı başlıca nanopartikül fullerendir. Fullerenin silindir biçimli versiyonu olan karbon nanotüpler de bilim dünyasında oldukça ses getirmiştir. Öyle ki karbon nanotüpler artık fulleren başlığı altında değil ayrı bir konu olarak incelenmektedir. Karbon bazlı nanopartiküller, hekzagonal ve pentagonal şekilde birbirine bağlanmış karbon atomlarından oluşur. Fulleren nanopartikülleri küre, tüp veya elips şeklinde bir yapıya sahip olabilir. Fulleren başlıca C60 ve C70 olmak üzere bulundurduğu karbon sayısına göre iki farklı izomere sahiptir. Daha kararlı bir yapıya sahip olduğu için C60 en sık kullanılan fulleren türü olmuştur. Bu temel fulleren çeşitleri dışında birçok fulleren yapısı zaman içinde keşfedilmiş ve geliştirilmiştir. Fulleren düşük yoğunluğu, yüksek kaynama noktası, elektrokimyasal kararlılığı, yüksek elektrik ve termal iletkenliği ile dikkat çekmektedir. Hidrofobik yapısından dolayı fulleren genellikle yüzey modifikasyonları yapıldıktan sonra kullanılır. Fulleren organik fotovoltaik malzeme, antioksidan, biyo ilaç malzemesi ve katalist olarak enerji sistemlerinde, kozmetik ürünlerde, medikal uygulamalarda, su arıtma sistemlerinde ve elektronik uygulamalarda kullanılır. Bazı fulleren yapılarının anti-viral özellik gösterdiği ve Human Immunodefficiency Virus (HIV) üremesine karşı bir önlem olarak kullanıldığı bilinmektedir. Kimyasal aktivite ve kararlılığından dolayı çeşitli sistemlerde katalist olarak da kullanılan fullerene yapılan yatırımlar yıllar içerisinde artış göstermektedir. Fulleren saf halinde kullanılabildiği gibi çeşitli polimerlerle kompozit yapılar oluşturarak birçok farklı uygulamada kullanılabilmektedir.

Fullerene

Referanslar

  • 1.https://www.reportlinker.com/p0326269/Global-Nanotechnology-Industry.html?utm_source=GNW
  • 2.https://nanoteknoloji.org/nanomalzemeler/
  • 3.Avcioglu, G. S., Ficicilar, B., & Eroglu, I. (2016). Effect of PTFE nanoparticles in catalyst layer with high Pt loading on PEM fuel cell performance. international journal of hydrogen energy, 41(23), 10010-10020.
  • 4.Dubey, M. K., Bijwe, J., & Ramakumar, S. S. V. (2015). Nano-PTFE: new entrant as a very promising EP additive. Tribology International, 87, 121-131.
  • 5.Jiang, X. F., Weng, Q., Wang, X. B., Li, X., Zhang, J., Golberg, D., & Bando, Y. (2015). Recent progress on fabrications and applications of boron nitride nanomaterials: a review. Journal of Materials Science & Technology, 31(6), 589-598.
  • 6.Natsuki, J., Natsuki, T., & Hashimoto, Y. (2015). A review of silver nanoparticles: synthesis methods, properties and applications. Int. J. Mater. Sci. Appl, 4(5), 325-332.
  • 7.Irshad, M. A., Nawaz, R., ur Rehman, M. Z., Adrees, M., Rizwan, M., Ali, S., ... & Tasleem, S. (2021). Synthesis, characterization and advanced sustainable applications of titanium dioxide nanoparticles: A review. Ecotoxicology and environmental safety, 212, 111978.
  • 8.Abinaya, S., Kavitha, H. P., Prakash, M., & Muthukrishnaraj, A. (2021). Green synthesis of magnesium oxide nanoparticles and its applications: A review. Sustainable Chemistry and Pharmacy, 19, 100368.
  • 9.Astefanei, A., Núñez, O., & Galceran, M. T. (2015). Characterisation and determination of fullerenes: a critical review. Analytica chimica acta, 882, 1-21.
  • 10.Teja, A. S., & Koh, P. Y. (2009). Synthesis, properties, and applications of magnetic iron oxide nanoparticles. Progress in crystal growth and characterization of materials, 55(1-2), 22-45.
12th Mar 2021 Hande Gürsel

En Son Yazilar