Nano Boyuta Doğru…

Prof. Dr. M. Pınar Mengüç

 

Eski çağlardan beri, insanoğlu ve insankızı doğayı gözlemleyip, doğadan esinlenerek kendi dünyalarını yaratmışlar. Kendileri için alet edavat yapmakla başlayan bu sürecin içinde her zaman yaşadıkları ortamları, mekânları ve kendi giysilerini daha iyi, daha konforlu yapmak çabasında olmuşlar. Bu istek onları her zaman değişik malzemeleri değişik amaçlar için kullanmaya yönlendirmiş. Her bir deri parçası, her bir yaprak, her bir ceviz kabuğu, ya da manda kemiği onların yaşam kalitesine katkıda bulunmuş, onları daha korunaklı, güvenli ve huzurlu yapmış.

Zamanla insanlar ateşin yeni malzeme üretimindeki önemini de kavramış. Bu da yeni bir çağ açmış hayatlarında. Artık doğada buldukları malzemelerle sınırlı olmak zorunda kalmadıklarını anlamışlar. Önce doğal olan malzemeleri “işleyip” tadını değiştirmişler (ki bu benim naçizane tahminim). Tadın ateşle yoğrulacağını anlayan insanlar, buradan başlayıp başka yeni yöntemleri, yeni tatları ve yeni malzemeleri bulmak için yaratıcılıklarını kullanmışlar.

Bir hayal edin… Ateşi ilk kullanmayı beceren Tanzanya’daki Olduvai Gorge vadisi sakinlerini. Ellerine bir oyuncak geçmiş ve yeni dünyalar yaratmaya başlıyorlar. Nasıl durdurabilirsiniz artık onları? Bu yaratıcıklarını geliştirme süreçlerini (bu zevkleri katmanlı bir şekilde ileri götürme çabalarını) ve her yeni bir tat ya da işlev buldukları zaman yüzlerinde oluşan o gülümsemeleri görür gibiyim. Attıkları yaratıcılık çığlıkları da sanki kulaklarımda çınlıyor.

Bence insanoğlunu ve insankızını dünyadaki bütün öteki canlılardan ayıran farklılık bu. Oransal olarak kocaman olan beyinlerini her zaman hayal ve yaratıcılık için kullanmış olmaları. Bu süreç içinde her yeni nesil yeni malzemeler bulmuş. Son 200.000 yıl boyunca insanların ortaya çıkarttıkları arasında sayabileceğimiz kerpiç, tuğla, boya, kalay, çelik, cam, plastik gibi yüzlerce yeni, doğada olmayan malzemeleri bir düşünün. Dünyanın her bir köşesindeki arkeoloji müzelerini gezdiğiniz zaman gördüğünüz o eski ama olağanüstü yaratıcı eserler de insanların bu çabalarının sürekliliğini açık ve net göstermekte. O eserlerin hemen hepsinde yeni bir malzemeyi ya da tekniği ilk kullanma gururunun sanata yansımasını göreceksiniz. Böylesine katmanlı yaratıcı bir beyin eninde sonunda neyin hayalini kurar sizce? Eminim biraz düşününce hepimiz aynı amaca odaklanacağız.

Bu binlerce yıllık çaba, eninde sonunda malzemenin en temel boyutta tasarlanmasına ve değiştirilmesine yön verecektir demek abartı olmayacaktır. Orta çağ alkemistlerinin bakırdan altın yapma istekleri de bu sürecin parçası elbette. Denemişler, denemişler, ama bir türlü becerememişler. Ama bu süreç, modern kimya biliminin çok derin bir deneysel altyapının üzerine inşa edilmesini sağlamış. Ayrıca niye yapamadıklarını da çok sorgulamışlar. Bu sorgulamalar da malzemenin atomik yapısını eninde sonunda anlamamıza yardım etmiş.

Işığın ne olduğunu anlamaktan kuantum mekaniğine kadar giden bir süreçten geçmiş bilim. Ne zaman atom boyutunda ölçme ve biçme yapılması da mümkün olunca, yeni bir devrim başlamış bilimde ve mühendislikte. İşte bu devrim nano-boyut devrimi.

Hayal önemli her zaman. Burada nano-boyut devrimini en çok etkileyen fizikçi Feynman’dır bence. 1959’da California Institute of Technology’de yaptığı “Küçük’te gidilecek çok yol var” (benim tercümem) adlı konuşması o sırada bilime başlamakta olan herkesin vizyonunu bambaşka bir seviyeye getirmiştir iddiasında bulunmak zor değil. İşte ondan sonra fiziğin ve matematiğin yardımı ile nano-boyut mühendislik de daha çarpıcı ürünler oluşturmaya  başladı. Düşünmek ve hayal etmek önemli ama, kurgulamak, yapmak ve göstermek bambaşka bir olay.

1960’lar, 70’ler ve 80’ler bu küçük boyutu, nano-boyutunu incelemek ve irdelemekle geçti. Fizikçiler ve mühendisler beraberdiler artık; matematikçiler bu yeni kavramları kurguluyorlardı, ve kimyacılar neyin olup neyin olmayacağına yorum yapabiliyorlardı. Ta ki 1999’un başına kadar, ta ki organize bir nano-yön çizilinceye kadar. İşte ilk önce ABD NSF (Amerikan Ulusal Bilim Vakfı) tarafından ortaya atılan Ulusal Nanoteknoloji Eylem Planı (National Nanotechnology Initiative, NNI), hemen akabinde Japonya, Avrupa Birliği, İsviçre, Singapur, Çin ve Kore tarafından daha da ileriye taşıdı nano-boyut çalışmalarını.

“Nano” milyarda bir demektir. Bir nanometre de metrenin milyarda birine, milimetrenin milyonda birine denk gelir. İki ya da üç atom boyutu olarak hayal edebileceğimiz bu kadar küçük bir alanda fizik kuralları farklıdır. Nerdeyse atom boyutuna denk gelen, ama kuantum fiziği üstünde bir süremde yer alan nano-boyuttan başlayarak, yeni malzemeleri bizim istediğimiz şekilde tasarlamak ve onların fiziksel ve işlevsel özelliklerini değiştirmek ancak son altmış yılda kavramlaştırılmış ve son yirmi yılda mümkün olmuştur.

Bu yol ayrımı üzerinden 20 yıl geçmedi, ama nano-boyut bilim ve mühendislik yardımı ile geliştirilen ürünler hayatımıza girdi bile. Telefonunuzun ekranından kanser ilaçlarının yapımına kadar, yeni tür boyalardan yeni enerji harmanlama tekniklerine kadar değişen bir  yelpaze üstünde bulabilirsiniz nano-boyutun parmak izlerini.

Nano-boyutta bilimin gelişmesi ve gerekli mühendislik kavramlarının oluşturulması da EÇEM’de yaptığımız çalışmalar arasında bulunmakta. Yalnızca Özyeğin Üniversitesi’nde değil, ama Sabancı Üniversitesi, Boğaziçi Üniversitesi ve ODTÜ’den Kürşat Şendur, Ali Koşar, Hakan Ertürk, Tuba Okutucu gibi değerli öğretim üyeleriyle birlikte geliştirdiğimiz ölçme teknikleri, plazmonik ve fononik kavramlar, nano-boşluklar ve nano-boyut parçacıklar yardımıyla katlanarak artırılan ışınımla ısı transferi temelleri ve bütün bu çalışmaların yeni enerji harmanlama yöntemlerine olan etkileri üzerinde bir dizi yüksek lisans ve doktora çalışmalarına yön verdi.

Benimle nano-çizgide son sekiz yılda tek başına ya da ortak projeler üzerinde çalışma yapan öğrenciler arasında Kurt Webb, Zafer Artvin, Farhad Kazemi Koshroshahi, Dilan Avsar, Sina Talebi Moghaddam, Roxana Family, Layth Al-Gebori, Zahra Rostampour Fathi, Begüm Elçioğlu, Vincent Loke ve de Azadeh Didari’yi sayabilirim.

Her biri değerli çalışmalara imza atmış bu öğrenciler arasında, Azadeh’nin geldiği yer gerçekten özel. Nano-boyut’daki yapıların ölçme ve enerji harmanlama yöntemlerini irdeleyen doktora tezini benimle birlikte çalışıp Özyeğin Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü’ne sundu. Nano-boyut yapıların simülasyonunu doğru ve katmanlı olarak yapabilen hali hazırda tek araştırmacı. Bu özelliği de onun “2017 Elsevier JQSRT Raymond Viskanta Genç Araştırmacı Ödülü”nü almasını sağladı. Dünya’da yılda yalnızca bir kişiye verilen bu ödül, bizim nano-boyuta katkılarımızı göstermekte. Tespitin ötesinde yeni kavramların yaratılması için çalıştığımızı hep vurguladım; bu da geliştirdiğimiz alet, edavat, metodoloji ve bilgisayar kodlarından birisi, ama büyük ses getirenlerden.