Nanotechnology & Microstructures Muhammet Emin Erözek Diesel Systems

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Nanotechnology & Microstructures

Outline      

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Introduction Definition Timeline History Approaches & Fabrication Applications  Medical  Energy  Electronic  Textile  Computer  Material  Automotive Advantages & Disadvantages Nanotechnology Market Conclusion

Diesel Systems

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What is Nano? 

From Greek word ‘’nano’’ meaning – dwarf

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1 nanometer (nm)

10-9 meter (m)

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A nanometer is one billionth of a meter, roughly the width of three or four atoms

Abbrevations and Sizes

Human Hair ≈ 1x105 nm

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How Small is Nano?

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What is Nanotechnology? 

“Nanotechnology’’ is the science of manipulating matter at the nanoscale

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Nanotechnology deals with creation of functional materials, devices, systems through controlling the matter at nanoscale

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Nanotechnology refers to anything in the range of 1 and 100 nm

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Why Nanotechnology? 

At the nanoscale, the physical, chemical, and biological properties of materials differ in fundamental and valuable ways from the properties of individual atoms and molecules or bulk matter 

Fundamentally new properties



Exciting new mechanisms



Strange and fancy size dependent behavior

Solutions of Cadmium Selenide

Nanopowders are transparent to visible light

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Industrial Revolution

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The History of Nanotechnology 

2000 Years Ago: Sulfide nanocrystals used by Greeks and Romans in cups

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1000 Years Ago (Middle Ages): Gold nanoparticles of different sizes used to produce different colors in stained glass windows

Lycurgus Cup

Chartres Cathedral

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The History of Nanotechnology 

1959: The first ever concept was presented by the famous professor of physics ''Why cannot we write the entire 24 volumes of the Encyclopedia Britannica on the head of a pin?'‘ Dr. Richard P.Feynman

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1974: The term ''Nano-technology" had been coined by Norio Taniguchi 1981: Invention of the scanning tunneling microscope 1985: Discovery of fullerene (C60) at Rice University 1991: Carbon nanotube by S. Iijima

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Biomimetics 

Biomimetics - term coined by Otto H. Schmitt in 1969 to describe the idea of imitating and learning from biology Structures Functions Processes Mechanisms of Natural Materials

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Ideas

Design & Fabrication of Similar Products by Artificial Mechanisms

Two conditions for succesful biomimetics: 

Understanding of natural system



Having sufficient technology for fabrication

BIOMIMETICS IS NOT COPYING!!! Diesel Systems

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Nanoscale Approaches & Fabrication Top-Down Approaches

Bottom-up Approaches

Creating Nano-scale materials by physically or chemically breaking down larger materials

Assembling Nano materials atom-by-atom or molecule-by-molecule

Uses principle of moleculer recognation

Layer-by-layer assembly

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Applications of Nanotechnology

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Medical Applications of Nanotechnology 

New options for drug delivery & drug therapies

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Deliver into the right location in the body and release drug for optimal treatment

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Attach the drug to a nanosized carrier

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Localizing on the disease area, i.e cancer, tumour etc.

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Ability to clear the blockage in arteries

Treatment with Nanotechnology Diesel Systems

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Nanobot

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Energy Applications of Nanotechnology 

Batteries

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Fuel Cells

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Solar Cells

Photovoltaic Cell

Hydrogen Fuell Cell Motorbike

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Electronic Applications of Nanotechnology 

Flexible & thin electrodes made by nanowires

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Memory devices that uses nanowires coated with titanium dioxide

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Examples:   

Nano Transistors Nano Diodes OLED (Organic Light Emitting Diode)

OLED

Nanotransistor

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Textile Applications of Nanotechnology 

Protection (UV absorption)

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Functional Protection (Self-cleaning, Controlled release of additives)

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Durability (Abrasion, Color fastness)

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Functional (Water Repellent)

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Safety (Fire retardancy)

Nylon Nanofibres Diesel Systems

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Computer Applications of Nanotechnology 

Carbon nano tube based transistors replacing with silicon based transistors

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Nanorods enabling less consumption of electricity and less heat emission.

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Reduce of the size of the microprocessors

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Memory chips having higher memory density than flash memory chips due to the reducing diameter of the nanowires

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Material Applications of Nanotechnology 

Nanopowders at fuel cells, ie: solid oxide fuel cells

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Nanocoatings for corrosion, wear, and fatigue resistances

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Carbon based nano materials for composites, space applications, etc.

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Carbon – Nanofabrics

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Aerogel for space suits and crafts

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Automotive Applications of Nanotechnology    

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Paint Tyres Sensors Filters Mirros & reflectors Nanocoatings Nanolubricants

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Advantages of Nanotechnology Material With NT, we can create unique materials and products :    

Stronger Lighter Durable Precise

Industrial  Computers can

become a billion times faster and a million times smaller

 Automatic Pollution

Cleanup

 Manufacturing at

almost no cost

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Medical  End of Illnesses

(i.e. cancer, heart disease)

 Universal

Immunity (i.e. aids, flu)

 Body Sculpting

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Disadvantages of Nanotechnology Health & Safety  Nanoparticles can cause serious illness or damage human body

Social & Political  Advisability of increasing

of the technology creates political dilemma

 Destructive weapons of mass destruction

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Environmental  Nanopollution is created

by toxic wastes from manufacturing

 Enhances global

warming in the long run

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Stages of Nanotechnology Active Nanostructures

Agrifood applications currently in passive to early ‘active’ stage’

 Transistor  Ceramics  Adaptive Structures

Systems of Nanosystems

Passive Nanostructures  Coatings  Polymers  Ceramics

2001

 Robotics  3D Networks  Guide assemblers

2005

2010

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Moleculer Nanosystems  Molecules by design

2020

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Global Nanotechnology Market 

2006: 250 company in 22 countries 2007: 580 company in 22 countries 2009: 1015 company 22 countries

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Products are:

 

 

   

Cosmetic Clothing Sport Food Sun cream Coating

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Global Nanotechnology Market

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Nanotechnology & Research Incentives in Turkey Distribution of Research Center

(million TL) Energy-Enviroment Agriculture-Food Nuclear Technologies Defence-Space Information& Communication Life Sciences Engineering & Material Sciences Nanotechology

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Totally 19 Nanotechnology Research Center 1000-1200 investigator & technician Approx. 100 company

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Nanotechnology Research Centers    

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Orta Doğu Teknik Üniversitesi Merkez Laboratuarı Bilkent Ulusal Nanoteknoloji Merkezi Sabancı Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma ve Uygulama Merkezi Koç Üniversitesi Yüzey Teknolojileri Araştırma Merkezi Gebze Teknik Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi Hacettepe Üniversitesi Nanotıp Bilim Merkezi İTÜ Nanobilim ve Nanoteknoloji İleri Araştırmalar Enstitüsü İTÜ Nano-Mikro-Elektro Mekanik Sistemler Laboratuarı TUBİTAK MAM Malzeme Enstitüsü Marmara Üniversitesi Nanoteknoloji ve Biyomalzemeler Araştırma Merkezi Erciyes Üniversitesi Nanoteknoloji ve Araştırma Merkezi Erciyes Üniversitesi Nanoteknoloji Uygulama ve Araştırma Merkezi Mustafa Kemal Üniversitesi Teknoloji Araştırma Merkezi Atatürk Üniversitesi Nanobilim Uygulama ve Araştırma Merkezi

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Conclusion 

Nanotechnology with all its challanges and opportunities will become a part of our future

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The researchers are optimistic for the products based upon this technology

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Nanotechnology is slowly but steadily lead in the new industrial revoulation

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