NANO ENERJİNanomalzemeler Dersi2014-2015 Güz Dönemi

Alper GÜNEREN Uğur KARAALİ Bora YAY

2010512022 2010512026 2011512053

Prof. Dr. Ali Aydın GÖKTAŞ

İÇİNDEKİLER

NANOTEKNOLOJİ

NANOENERJİ

KULLANIM ALANLARI

KAYNAKÇA

2Nano Enerji

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 yapılandırılaraksentezlenmiş, metrenin milyarda biri büyüklüğünde tane boyutuna sahip,üstün ve özgün özellikler kazandırılmış malzemelerdir.

3Nano Enerji

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

NANOSAĞLIK

NANO ENERJİNANO ENERJİ

4Nano Enerji

Nanoenerji

Günümüzün en önemli küresel sorunlarından birisi hiç kuşkusuz hızlaartan enerji-yakıt tüketimi’dir. Kısa sürede çözüm bulunamazsa, 50 yıliçerisinde yeryüzündeki doğal kaynakların tükenmesi beklenmektedir. Ayrıcabu yakıtların çevreye verdiği zarar bazı bölgelerde ciddi sorunlar oluşturmayabaşlamıştır.

Bunun yanında, dünya genelindeki savaşların en büyük sebebienerjidir. Ülkemiz de enerjide dışa bağımlı bir pozisyondadır.

5Nano Enerji

Nanoenerji

Karbon nanotüpler, karbon nano teller gibi teknolojile kullanılaraknano düzeyde enerji elde etme, enerji depolama sayesinde daha temiz enerjiüretimi sağlanmaktadır.

Daha küçük boyutlardaki bu üretim aynı zamanda;

Kısıtlı enerji kaynaklarının korunmasında

Kullanım sırasında açığa çıkan çevreyi olumsuz etkileyen faktörlerinazaltılmasında

Yenilenebilir ve sürdürülebilir enerji elde edilmesinde

Yatırımlar belirli seviyeye ulaştığında daha ucuz enerji üretimi ve kullanımısağlanmasında, önemli rol oynayacaktır.

6Nano Enerji

Nanoenerji

Güneş enerjisini elektrik enerjisine çeviren filmler, güneş enerjisini ısıenerjisine çeviren toplayıcı sistemler ve kaplamalar şu andakullanılmaktadır. Bunlara nano ölçekli kaplamalar denilebilir.

Güneş enerjisi veya kombinasyonu ile dünyamızın ihtiyacı olan enerjininçok daha fazlasını gönderen güneşi daha verimli kullanabileceğimiznanoteknolojik yaklaşımlarla beraber temiz enerji kaynağı olanhidrojenin nanoteknolojik yaklaşımlarının günlük hayatımızda oldukçafazla etkisi olacaktır.

Hidrojen enerjisi, yüksek ısıl değeri ve çevreyi kirletmemesi nedeniylegittikçe tükenmekte olan fosil yakıtların yerini alacak en önemli alternatifenerjidir.

7Nano Enerji

Nanoenerji

Nanotüpler ve moleküllere çok yüksek kapasitede hidrojendepolanabileceğini göstermeleri geleceğin yeni enerji kaynakları vekatalizörleri için büyük ümit vermiştir. Ancak verimli olması için %6 depolamaseviyesine ulaşılması gerekir.

Yüksek performanslı bilgisayarlar kullanılarak modellenen bu yenihidrojen depolama yönteminde, titanyum atomları karbon nanotübünyüzeyine bağlanabilmektedir. Bu araştırmalar ile %8 oranına ulaşılmıştır.

8Nano Enerji

Nanokompozitler

Enerji depolamak için en iyi malzemeler şüphesiz kompozitlerdir.Katmanlardan oluşan bu yapılar enerji depolamak için iyi bir seçenektir. Nanoboyuta 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

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

Hidrojen Depolamada Yeni Yöntem

Ulusal Lawrence Berkeley Laboratuarının Enerji Departmanından bir

grup bilim adamı hava istikrarlı magnezyum nanokompozit denilen bir maddekeşfetti bu kompozit malzeme karmaşık bir metod gerektirmeden hidrojenindepolanmasını sağlamakta . Bu kompozit materyal polimetil metakrilat arasınaserpilmiş magnezyum metalinin nano partiküllerini içerir.

11Nano Enerji

Bu nano-bileşik, esnek bir malzeme olup, okside olmayan sıradan birsıcaklıkta, hidrojen emici ve serbestleşme yeteneğine sahiptir.

Aynı zamanda kapasitif bir özelliği vardır. Bu kapasite hidrojendepolama, hidrojen piller ve hidrojen yakıt hücreleri için daha iyi birtasarımdır. Bu çalışmayla birlikte bilim adamları ilk kez nano –ölçekli doğadakikinetik ve termodinamik engellerin üstesinden gelen başarılı bir kompozitmalzeme dizayn etmişlerdir.

12Nano Enerji

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

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

Kendi ken

15Nano Enerji

Nanoteknolojideki son gelişmeler, pillerin şarj olma süresini birkaç dakikaya

düşürebilir.

ABD Enerji Bakanlığı’nın Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki bir takımtarafından geliştirilen yeni teknoloji, pilin yarı kapasitesine 30 saniyedeulaşmasını sağlıyor. Titanyum dioksit nanotüplerin kullanılması ise pilinkapasitesinin zamanla artmasına neden oluyor.

Grup, titanyum dioksit nantüplerin “pil devrettikçe farklı evreleregeçebildiğini” farketmiş. Bunun anlamı, yapıların enerji akışını güçlendirecekşekilde hizalamaları.

16Nano Enerji

Argonne kimyageri Jeff Chamberlain, bu davranışın bir madde için hiçalışılmadık bir şey olduğunu söylüyor ve şunları ekliyor: “Bilimsel açıdan çokilginç olan nano düzeyde evre geçişleri görüyoruz. Bu ise, bu maddeleri dahaderin bir düzeyde anladığımızda elektrikli enerji depolama sistemlerindekullanılan maddelerin sırlarını açığa çıkaracağımız anlamına geliyor.”

Argonne’da titanyum dioksit nanotüpler ve lityum iyon pillerleyapılan testlerde nanotüplerin sadece pilin şarj olma süresini geliştirmediği,pillerin güvenilirliğini ve sağlamlığını da artırdığı gözlenmiş.

17Nano Enerji

Bu boya evlere güneş enerjisi sağlıyor

Güneş enerjisi boyasında enerji üretimi için yarı iletken nanoparçacıklar 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

Silikon devri bitiyor, daha az enerji tüketimli mikroçipler geliyor

Silikona ciddi bir alternatif olarak gösterilen molibdenit maddesindenüretilen ilk mikroçipler test aşamasına geldi.

Uzmanlar bir tür metal olan molibdenitin mikroçiplerin çok daha azenerjiyle çalışmasını ve daha ince olmasını sağlayacağını söylüyor.

19Nano Enerji

Elektrik üreten fotovoltaik kumaş

Polyester ipliğe nano boyuttakaplama yapabilecek özel cihazlargeliştirildi. Böylece çeşitli kimyasal maddeve yöntemler kullanılarak polyester liflerüzerinde fotovoltaik etki geliştirildi.

Fotovoltaik lifler kumaş ya dagiysiler içerisine entegre edildi.

Silikon esaslı güneş pillerine görenispeten kolay yöntem ve daha ucuzmalzemelerle geliştirilen bu liflerden iplikve kumaş üretildi.

Bu kumaşlar güneşten aldığıenerjiyi elektriğe çevirdi.

20Nano Enerji

Lityum pillerde üç kat daha fazla enerji depolayabilme imkanı sunan yeni

teknoloji

Alışıldık lityum iyon pillerin yeniden şarj edilebilen hücrelerinde, herbir elektrotta yer alan oldukça ince karbon grafit levhalar arasında yerdeğiştiren pozitif yüklü lityum iyonları sayesinde akım oluşturuluyor. Fakatzamanla bu levhaların enerji depolama ve akım üretme kapasitelerinde düşüşyaşanması kaçınılmaz..

Güney Kaliforniya Üniversitesi araştırmacıları tarafından, ViterbiMühendislik Okulu profesörlerinde Chongwu Zhou liderliğinde geliştirilen yenipiller ise levhalar yerine gözenekli silikon nano-tüplerinden faydalanıyor.Silikon nano-tüplerin en büyük avantajlarından biri de zaman içerisindeaşınmadan akım depolama ve boşaltımını yapmaya devam edebilmeleri.

21Nano Enerji

Güve böceğinin gözleri ilham verdi, güneş hücrelerinde verim artacak

Bir güve böceğinin gözü ışığı yansıtmayan bir yapıya sahip ve buözelliğinden dolayı böcek, gece karanlığında en az ışıkla bile görebiliyor. Bilimadamları uzun süren çalışmalar sonucu güve böceğinin bu özelliğindenesinlenerek zayıf film aygıtları arasındaki yansımayı azaltacak bir yapıgeliştirdiler.

Bilim adamları bir sonraki adımda, yapısında bulunan filmlere nanoyapılı tabakaların eklenebildiği ve sonuçlarının test edilebildiği bir güneşhücresi üretmeği planlıyor

22Nano Enerji

Elektrik üreten bina camları

Geliştirilen nano teknolojik ve ışıkgeçirgenliği yüksek filmler sayesindecamlara yapıştırılacak güneş enerjisipanellerinden evlere elektriksağlanabiliyor.

Grubun, Polimer Güneş Hücresi(PCS) olarak adlandırdığı sistem, genelolarak görünür değil, güneşten geleninfrared ışığı depolayarak elektrik üretiyorve yüzde 70 şeffaflık sağlıyor.

Araştırmacılar bunun için ışığaduyarlı fotoaktif plastik kullandılar. Busistemle çok düşük maliyetle özelliklemobil cihazlar için yeterli elektriğinüretilebildiği belirtiliyor.

23Nano Enerji

Telefonunuz Yürürken Şarj Olsun İster misiniz?

Her gün yaptığımız hareketler enerji üretmeye yarasa; hatta buvirüslerin yardımıyla yapılsa nasıl olurdu?

Laboratuvarda virüsler üzerinde çalışan Berkeley Üniversitesiuzmanları, virüsleri kullanarak mekanik güçlerden elektrik enerjisiyaratabilecek küçük aygıtlar üretmeyi hedefliyor. Çalışmaların ilk hedefi kağıtkalınlığında, bir diğer deyişle bir kağıt kadar ince güç jeneratörü üretmek.

Bu deneylerde kullanılan M13 virüsleri tamamen zararsız.Laboratuvarda genleriyle oynanıyor. Uzmanlar, virüslerin voltaja dayanıklılığınıarttırabilmek 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 küçükvuruşlar yapılması yoluyla elektrik elde edildi.

.

24Nano Enerji

Daha dayanıklı ,esnek, rengarenk ampüller

Nano boyuttaki polymer destekliçok katmanlı karbon nanotüpler ile dahauzun süre dayanıklı yeni nesil LED,florasan, ampül üretilmiştir. Buaydınlatmaların diğer avantajı da şekil verenk konusunda oldukça esnek olmasıdır.

.

25Nano Enerji

26Nano Enerji

KAYNAKLAR

1) http://www.hessen-nanotech.de/mm/NanoEnergy_web.pdf2) http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2010/June/20061002.asp3) http://www.nanowerk.com/nanotechnology-in-energy.php4) http://www.slideshare.net/neslihanygmr/nanocomposites-for-energy-application5) http://eetd.lbl.gov/publications/sns2-nanoparticle-loaded-graphene-nan6) http://www.rsc.org/chemistryworld/News/2010/January/28011002.asp7) YOUTUBE, http://www.youtube.com/watch?v=0bTi9HPuhl0

27Nano Enerji

28Nano Enerji

DİNLEDİĞİNİZ İÇİN

TEŞEKKÜRLER…