about nanomaterials

1. NANO ENERJİ
Nanomalzemeler Dersi
2014-2015 Güz Dönemi
Alper GÜNEREN Uğur KARAALİ Bora YAY
2010512022 2010512026 2011512053
Prof. Dr. Ali Aydın GÖKTAŞ

2. İÇİNDEKİLER
NANOTEKNOLOJİ
NANOENERJİ
KULLANIM ALANLARI
KAYNAKÇA
2Nano Enerji

3. Nanoteknoloji
 Nanomalzemeler ve uygulamaları gün geçtikçe artmaktadır ve sürekli
gelişmekte olan yeni ürün ve yöntemlerle artık hayatımızın her noktasında
kendini göstermektedir.
 Yapısı, boyutları 'nano' seviyede işlenerek veya yapılandırılarak
sentezlenmiş, metrenin milyarda biri büyüklüğünde tane boyutuna sahip,
üstün ve özgün özellikler kazandırılmış malzemelerdir.
3Nano Enerji

4. Nanoteknoloji
Molekül ve nano yapıların, nano boyuttaki cihazlara uygulanması
nanoteknoloji, malzemelerin nano boyutta nasıl davrandıklarını inceleyen
bilim dalına da nanomalzeme bilimi denir.
NANO UYGULAMALAR
NANO
ELEKTRONİK
NANO
KOZMETİK
NANO
TEKSTİL
NANO
SAVUNMA
NANO
SAĞLIK
NANO
ENERJİ
NANO
ENERJİ
4Nano Enerji

5. Nanoenerji
Günümüzün en önemli küresel sorunlarından birisi hiç kuşkusuz hızla
artan enerji-yakıt tüketimi’dir. Kısa sürede çözüm bulunamazsa, 50 yıl
içerisinde yeryüzündeki doğal kaynakların tükenmesi beklenmektedir. Ayrıca
bu yakıtların çevreye verdiği zarar bazı bölgelerde ciddi sorunlar oluşturmaya
başlamıştır.
Bunun yanında, dünya genelindeki savaşların en büyük sebebi
enerjidir. Ülkemiz de enerjide dışa bağımlı bir pozisyondadır.
5Nano Enerji

6. Nanoenerji
Karbon nanotüpler, karbon nano teller gibi teknolojile kullanılarak
nano düzeyde enerji elde etme, enerji depolama sayesinde daha temiz enerji
üretimi sağlanmaktadır.
Daha küçük boyutlardaki bu üretim aynı zamanda;
 Kısıtlı enerji kaynaklarının korunmasında
 Kullanım sırasında açığa çıkan çevreyi olumsuz etkileyen faktörlerin
azaltılmasında
 Yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji elde edilmesinde
 Yatırımlar belirli seviyeye ulaştığında daha ucuz enerji üretimi ve kullanımı
sağlanmasında, önemli rol oynayacaktır.
6Nano Enerji

7. Nanoenerji
 Güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren filmler, güneş enerjisini ısı
enerjisine çeviren toplayıcı sistemler ve kaplamalar şu anda
kullanılmaktadır. Bunlara nano ölçekli kaplamalar denilebilir.
 Güneş enerjisi veya kombinasyonu ile dünyamızın ihtiyacı olan enerjinin
çok daha fazlasını gönderen güneşi daha verimli kullanabileceğimiz
nanoteknolojik yaklaşımlarla beraber temiz enerji kaynağı olan
hidrojenin nanoteknolojik yaklaşımlarının günlük hayatımızda oldukça
fazla etkisi olacaktır.
 Hidrojen enerjisi, yüksek ısıl değeri ve çevreyi kirletmemesi nedeniyle
gittikçe tükenmekte olan fosil yakıtların yerini alacak en önemli alternatif
enerjidir.
7Nano Enerji

8. Nanoenerji
Nanotüpler ve moleküllere çok yüksek kapasitede hidrojen
depolanabileceğini göstermeleri geleceğin yeni enerji kaynakları ve
katalizörleri için büyük ümit vermiştir. Ancak verimli olması için %6 depolama
seviyesine ulaşılması gerekir.
Yüksek performanslı bilgisayarlar kullanılarak modellenen bu yeni
hidrojen depolama yönteminde, titanyum atomları karbon nanotübün
yüzeyine bağlanabilmektedir. Bu araştırmalar ile %8 oranına ulaşılmıştır.
8Nano Enerji

9. Nanokompozitler
Enerji depolamak için en iyi malzemeler şüphesiz kompozitlerdir.
Katmanlardan oluşan bu yapılar enerji depolamak için iyi bir seçenektir. Nano
boyuta hazırlanan kompozitler birkaç malzeme grubu içerirler.
En önemli enerji depolama özelliği olan kompozitler;
 Grafen katkılı nanokompozitler
 Magnezyum nanokompozitler
 Poly(vinylidene fluoride)-tabanlı ferroelektrik terpolimerler
 Silikon/epoxy nanokompozitler
 Karbon/sulfur nanokompozitler
 BaTiO3/poly(vinylidene fluoride) nanokompozitler
 SnS2 nanopartikül içeren nanokompozitler
9Nano Enerji

10. Nanokompozitler
• Nanokompozitler ile enerji depolama ve enerji verimliliği önemli ölçüde
artmaktadır. Bunlar arasında grafen katkılı nanokompozitler en çok
araştırması yapılan ve geliştirilen malzemelrdir.
10Nano Enerji

11. Hidrojen Depolamada Yeni Yöntem
Ulusal Lawrence Berkeley Laboratuarının Enerji Departmanından bir
grup bilim adamı hava istikrarlı magnezyum nanokompozit denilen bir madde
keşfetti bu kompozit malzeme karmaşık bir metod gerektirmeden hidrojenin
depolanmasını sağlamakta . Bu kompozit materyal polimetil metakrilat arasına
serpilmiş magnezyum metalinin nano partiküllerini içerir.
11Nano Enerji

12. Bu nano-bileşik, esnek bir malzeme olup, okside olmayan sıradan bir
sıcaklıkta, hidrojen emici ve serbestleşme yeteneğine sahiptir.
Aynı zamanda kapasitif bir özelliği vardır. Bu kapasite hidrojen
depolama, hidrojen piller ve hidrojen yakıt hücreleri için daha iyi bir
tasarımdır. Bu çalışmayla birlikte bilim adamları ilk kez nano –ölçekli doğadaki
kinetik ve termodinamik engellerin üstesinden gelen başarılı bir kompozit
malzeme dizayn etmişlerdir.
12Nano Enerji

13.  Nanomalzemelerin ve nano-kompozitlerin fosil yakıt endüstrilerinin
verimliliğini geliştirme potansiyeli bulunmaktadır.
 Nano-kompozitlerin yaygın olarak kullanılması ile daha yüksek verimliliğe
sahip motorların ve dolayısı ile daha temiz, çevre dostu ulaşım
sistemlerinin kurulması mümkün olacaktır.
13Nano Enerji

14. Kullanım Alanları
 Hidrojen depolama , Hidrojen araçları
 Sarj olma süresi azalan piller
 Güneş enerjisi
 Enerji tüketimi azaltan mikroçipler
 Nanokapasitörler
 Elektrik üreten bina camları
 Fotovoltaik kumaşlar
14Nano Enerji

15. Kendi ken
15Nano Enerji

16. Nanoteknolojideki son gelişmeler, pillerin
şarj olma süresini birkaç dakikaya
düşürebilir.
ABD Enerji Bakanlığı’nın Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki bir takım
tarafından geliştirilen yeni teknoloji, pilin yarı kapasitesine 30 saniyede
ulaşmasını sağlıyor. Titanyum dioksit nanotüplerin kullanılması ise pilin
kapasitesinin zamanla artmasına neden oluyor.
Grup, titanyum dioksit nantüplerin “pil devrettikçe farklı evrelere
geçebildiğini” farketmiş. Bunun anlamı, yapıların enerji akışını güçlendirecek
şekilde hizalamaları.
16Nano Enerji

17. Argonne kimyageri Jeff Chamberlain, bu davranışın bir madde için hiç
alışılmadık bir şey olduğunu söylüyor ve şunları ekliyor: “Bilimsel açıdan çok
ilginç olan nano düzeyde evre geçişleri görüyoruz. Bu ise, bu maddeleri daha
derin bir düzeyde anladığımızda elektrikli enerji depolama sistemlerinde
kullanılan maddelerin sırlarını açığa çıkaracağımız anlamına geliyor.”
Argonne’da titanyum dioksit nanotüpler ve lityum iyon pillerle
yapılan testlerde nanotüplerin sadece pilin şarj olma süresini geliştirmediği,
pillerin güvenilirliğini ve sağlamlığını da artırdığı gözlenmiş.
17Nano Enerji

18. Bu boya evlere güneş enerjisi sağlıyor
Güneş enerjisi boyasında enerji üretimi için yarı iletken nano
parçacıklar kullanılıyor. Mevcut teknolojinin standartlarına uygun olan boya
ucuz ve kolaylıkla geniş miktarlarda üretilebiliyor.
Araştırmayı yöneten Profesör Prashant Kamat yeni icat edilen madde
hakkında şunları söyledi:“Mevcut silikon bazlı güneş enerjisi teknolojisinin
ötesine geçebilecek dönüştürücü bir şey yapmak istedik.”
Araştırma ekibi nano parçacıklar içeren titanyum dioksidi, kadmiyum
sülfit ve kadmiyum selenür ile kullandı. Parçacıklar alkol ve su karışımına
tutunarak boyayı oluşturdu.
Boya şeffaf iletken bir materyale sürüldüğünde ve ışığa tutulduğunda
elektrik üretiyor.
18Nano Enerji

19. Silikon devri bitiyor, daha az enerji
tüketimli mikroçipler geliyor
Silikona ciddi bir alternatif olarak gösterilen molibdenit maddesinden
üretilen ilk mikroçipler test aşamasına geldi.
Uzmanlar bir tür metal olan molibdenitin mikroçiplerin çok daha az
enerjiyle çalışmasını ve daha ince olmasını sağlayacağını söylüyor.
19Nano Enerji

20. Elektrik üreten fotovoltaik kumaş
Polyester ipliğe nano boyutta
kaplama yapabilecek özel cihazlar
geliştirildi. Böylece çeşitli kimyasal madde
ve yöntemler kullanılarak polyester lifler
üzerinde fotovoltaik etki geliştirildi.
Fotovoltaik lifler kumaş ya da
giysiler içerisine entegre edildi.
Silikon esaslı güneş pillerine göre
nispeten kolay yöntem ve daha ucuz
malzemelerle geliştirilen bu liflerden iplik
ve kumaş üretildi.
Bu kumaşlar güneşten aldığı
enerjiyi elektriğe çevirdi.
20Nano Enerji

21. Lityum pillerde üç kat daha fazla enerji
depolayabilme imkanı sunan yeni
teknoloji
Alışıldık lityum iyon pillerin yeniden şarj edilebilen hücrelerinde, her
bir elektrotta yer alan oldukça ince karbon grafit levhalar arasında yer
değiştiren pozitif yüklü lityum iyonları sayesinde akım oluşturuluyor. Fakat
zamanla bu levhaların enerji depolama ve akım üretme kapasitelerinde düşüş
yaşanması kaçınılmaz..
Güney Kaliforniya Üniversitesi araştırmacıları tarafından, Viterbi
Mühendislik Okulu profesörlerinde Chongwu Zhou liderliğinde geliştirilen yeni
piller ise levhalar yerine gözenekli silikon nano-tüplerinden faydalanıyor.
Silikon nano-tüplerin en büyük avantajlarından biri de zaman içerisinde
aşınmadan akım depolama ve boşaltımını yapmaya devam edebilmeleri.
21Nano Enerji

22. Güve böceğinin gözleri ilham verdi, güneş
hücrelerinde verim artacak
Bir güve böceğinin gözü ışığı yansıtmayan bir yapıya sahip ve bu
özelliğinden dolayı böcek, gece karanlığında en az ışıkla bile görebiliyor. Bilim
adamları uzun süren çalışmalar sonucu güve böceğinin bu özelliğinden
esinlenerek zayıf film aygıtları arasındaki yansımayı azaltacak bir yapı
geliştirdiler.
Bilim adamları bir sonraki adımda, yapısında bulunan filmlere nano
yapılı tabakaların eklenebildiği ve sonuçlarının test edilebildiği bir güneş
hücresi üretmeği planlıyor
22Nano Enerji

23. Elektrik üreten bina camları
Geliştirilen nano teknolojik ve ışık
geçirgenliği yüksek filmler sayesinde
camlara yapıştırılacak güneş enerjisi
panellerinden evlere elektrik
sağlanabiliyor.
Grubun, Polimer Güneş Hücresi
(PCS) olarak adlandırdığı sistem, genel
olarak görünür değil, güneşten gelen
infrared ışığı depolayarak elektrik üretiyor
ve yüzde 70 şeffaflık sağlıyor.
Araştırmacılar bunun için ışığa
duyarlı fotoaktif plastik kullandılar. Bu
sistemle çok düşük maliyetle özellikle
mobil cihazlar için yeterli elektriğin
üretilebildiği belirtiliyor.
23Nano Enerji

24. Telefonunuz Yürürken Şarj Olsun İster
misiniz?
Her gün yaptığımız hareketler enerji üretmeye yarasa; hatta bu
virüslerin yardımıyla yapılsa nasıl olurdu?
Laboratuvarda virüsler üzerinde çalışan Berkeley Üniversitesi
uzmanları, virüsleri kullanarak mekanik güçlerden elektrik enerjisi
yaratabilecek küçük aygıtlar üretmeyi hedefliyor. Çalışmaların ilk hedefi kağıt
kalınlığında, bir diğer deyişle bir kağıt kadar ince güç jeneratörü üretmek.
Bu deneylerde kullanılan M13 virüsleri tamamen zararsız.
Laboratuvarda genleriyle oynanıyor. Uzmanlar, virüslerin voltaja dayanıklılığını
arttırabilmek için genlerine negatif yüklenmiş moleküller ekliyor.
Özel bir işlemden geçirilen virüslerden yapılan nano-jeneratör test edildi bile.
Testte, bu virüslerle kaplı pul büyüklüğündeki bir elektrota parmakla küçük
vuruşlar yapılması yoluyla elektrik elde edildi.
.
24Nano Enerji

25. Daha dayanıklı ,esnek, rengarenk
ampüller
Nano boyuttaki polymer destekli
çok katmanlı karbon nanotüpler ile daha
uzun süre dayanıklı yeni nesil LED,
florasan, ampül üretilmiştir. Bu
aydınlatmaların diğer avantajı da şekil ve
renk konusunda oldukça esnek olmasıdır.
.
25Nano Enerji

26. 26Nano Enerji

27. KAYNAKLAR
1) http://www.hessen-nanotech.de/mm/NanoEnergy_web.pdf
2) http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2010/June/20061002.asp
3) http://www.nanowerk.com/nanotechnology-in-energy.php
4) http://www.slideshare.net/neslihanygmr/nanocomposites-for-energy-application
5) http://eetd.lbl.gov/publications/sns2-nanoparticle-loaded-graphene-nan
6) http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2010/January/28011002.asp
7) YOUTUBE, http://www.youtube.com/watch?v=0bTi9HPuhl0
27Nano Enerji

28. 28Nano Enerji
DİNLEDİĞİNİZ İÇİN
TEŞEKKÜRLER…