Kuantum Noktalı Güneş Pilleri

Kuantum noktalı güneş pili (QDSC), kuantum noktaları olarak adlandırılan fiziksel yapıyı absorbe edici fotovoltaik malzeme olarak kullanan bir güneş pili tasarımıdır. Gelecekte silikon, bakır indiyum, galyum selenid (CIGS) veya CdTe gibi dökme malzemelerin yerini almaları beklenmektedir. Kuantum noktaları, ebatlarını değiştirmek suretiyle geniş bir enerji seviyesi aralığında ayarlanabilen bant aralıklarına sahiptir . Dökme malzemelerde, bant boşluğu maddenin türü tarafından belirlenir. Bu özelliği, kuantum noktalarını, güneş spektrumunda değişik dalga boylarındaki ışınımdan faydalanmak yoluyla verimliliği artırmak için çeşitli malzemelerin beraber kullanıldığı çok eklemli güneş pilleri için çekici hale getirir. Günümüzde verim değerleri % 10 üzerinde seyretmektedir. 

         Atomik kuvvet mikroskobu altında  bir AlSb substratı üzerinde GaSb'den  imal edilmiş  kendiliğinden organize kuantum noktaları.

Arkaplan 

Güneş Pillerine Ait Temel Kavramlar 

Konvansiyonel bir güneş pilinde, ışık bir yarı iletken tarafından absorbe edilir ve bu bir elektron- delik (e-h) çifti oluşturur; bu çift ​​birbirine bağlı bir halde bulunabilir ve “eksiton” olarak adlandırılır. Bu çift, “dahili” bir elektrik alanı (p-n eklemlerinde veya Schottky diyotlarında bulunan) ile birbirinden ayrılırken, ortaya çıkan elektron - delik akışı bir elektrik akımı meydana getirir. Dahili elektrik alanı, yarı iletken arayüzün bir kısmının elektron veren (n-tipi doping) , bir diğerinin elektron alan (p-tipi doping) atomlarla katkılandırılması ile oluşurken, bunun neticesinde ortaya bir p-n eklemi ortaya çıkar. Bir elektron delik çiftinin yaratılması, fotonların malzemenin bant aralığını aşan enerjiye sahip olmasını gerektirir. Bant aralığının altında enerjiye sahip fotonlar etkin bir şekilde absorbe edilemezken , bu enerjiden daha yüksek enerjiye sahip olanlar bant kenarlarında hızlı bir şekilde (yaklaşık 10-13 saniye içinde) ısıya dönüşürler ki bu durum da çıkış gücünü düşürür. İlk bahsettiğimiz sınırlama neticesinde çıkış akımı düşerken, ikinci durumda bahsedilen ısıya dönüşme ( bu olay termalizasyon olarak geçer) sonucunda çıkış gerilimi düşer. Buradan özetle şu sonucu çıkarabiliriz: “Bir güneş pilinde akım bant aralığı ile ters gerilim ise doğru orantılıdır.” Sonuç olarak, yarı iletken hücrelerde gerilim ile akımı aynı anda artırmak mümkün değildir. (Buna karşılık, çok eklemli güneş pili uygulamaları sayesinde bu soruna kısmen çözüm bulunabilir). Ayrıntılı şekilde bir bilanço hesaplaması, bir güneş pili için tek tür bir malzeme kullanılması durumunda bu verimin% 31'i geçemeyeceğini göstermektedir. 

Kuantum Noktalı Güneş Pillerinin  Yapısı

Sayısal analiz, % 31 verimliliğin, kızılötesine yakın bir spektrumdaki ışığa karşılık gelen 1.3-1.4 eV'lik bir bant aralığı ile elde edildiğini göstermektedir. Bu bant boşluğu silikonunkine (1.1 eV) oldukça yakındır, bu da silikonun piyasaya hakim olmasının birçok nedeninden biridir. Bununla birlikte, silikonun etkinliği yaklaşık olarak % 29 ile sınırlıdır. "Tandem" veya "çoklu bağlantı" yaklaşımı olarak bilinen farklı bant boşluklarına sahip hücreleri dikey olarak istifleyerek tek bir hücrenin verimini  iyileştirmek mümkündür. Aynı analiz, iki katmanlı bir hücrenin bir katmanın 1.64 eV'ye ve diğerinin 0.94 eV'ye ayarlanmış olması halinde % 44 teorik mertebesinde bir teorik verimin yakalanabileceğini gösterir. Üç katmanlı bir hücre,% 48'lik bir verimlilik için her katman sırasıyla 1.83, 1.16 ve 0.71 eV'ye ayarlanmalıdır. Bu şekilde imal edilecek "sonsuz katmanlı" bir güneş hücresinin teorik veriminin en fazla % 86 olabileceği düşünülmekte olup geri kalan % 14’lük kaybın farklı termodinamik kayıp mekanizmaları sebebiyle oluşacağı varsayılır. 

Konvansiyonel (kristalin) silikon üretim prosesleri, bant aralığının ayarlanabilir olmamasından dolayı bu yaklaşım için uygun değildir. Kristal momentumunun korunması noktasında daha uygun bir yapıda olmaları nedeniyle, Doğrudan Bant Aralığı ve Karbon Karışımı yapabilme özelliklerinden faydalanılabilen amorf silikon tabanlı ince filmlerin bant aralığını ayarlanabilirse de farklı sebeplerden ötürü konvansiyonel hücrelerin performansına ulaşmaları mümkün görünmemektedir. Tandem hücre yapılarının çoğu, özellikle indiyum galyum arsenide (InGaAs) olmak üzere daha güçlü yarı iletkenlere dayanır. Üç katmanlı InGaAs / GaAs / InGaP hücreleri (bant aralıkları 0.94 / 1.42 / 1.89 eV), deneysel örnekler için% 42.3 verimlilik rekorunu elinde tutmaktadır. Kuantum noktalı güneş pilleri zayıf absorpsiyon özelliği gösterirler ve oda sıcaklığında ışık absorpsiyonunun katkısı küçüktür. Absorpsiyonun artması, örnek olarak,defalarca çok dallandırılmış altın nano-yıldızcıkları kullanılarak başarılabilir. 

Kuantum noktaları 

Kuantum noktaları, Exciton-Bohr yarıçapının oluşturduğu sahadan daha fazla yer kaplamayan yarı iletken parçacıklardır ve kuantum mekaniği yönünden, içlerindeki elektronların enerjileri, bir atomdaki enerji türüne benzer şekilde kuantize yani süreksiz hale gelir. Kuantum noktaları "yapay atomlar" olarak da adlandırılırlar. Bu enerji seviyeleri, nokta boyutları değiştirilerek ayarlanabilir ve bu sayede bant aralıkları belirlenebilir. Noktalar, altta yatan malzemeyi veya yapım tekniklerini değiştirmeden çeşitli bant aralıklarına karşılık düşecek şekilde çeşitli büyüklükler üzerinden büyütülebilir. Tipik yaş kimyasal preparatlarda bu enerji seviyesinin ayarlanması, sentez süresi veya sıcaklığı değiştirilerek gerçekleştirilir. 

Bant aralığını ayarlama yeteneği, kuantum noktalarını güneş pilleri için cazip hale getirir. Kurşun sülfürden (PbS) (CQD) yapılmış koloidal kuantum noktalarının kullanıldığı tek bağlantı uygulamaları, genellikle konvansiyonel güneş pilleri ile elde edilmesi zor olan uzak kızılötesi dalga boylarına ayarlanabilen bant aralıklarına sahiptir. Dünyaya ulaşan güneş enerjisinin yarısı kızılötesi , çoğunlukla da yakın-kızılötesi bölgesindedir. Bir kuantum nokta güneş pili, kızılötesi ışınım enerjisini tüm diğerleri kadar erişilebilir kılar. 

İlaveten, koloidal quantum noktaları ( CQD) kolay sentez ve hazırlık imkanı sunar. Koloidal sıvı formda askıda kaldıklarında, üretim boyunca ihtiyaç duyulan en karmaşık ekipman olarak bir çeker ocak kullanılarak kolayca kullanılabilirler. , koloidal quantum noktaları genellikle ufak paketler halinde sentezlenir, ancak toplu olarak da üretilebilir. Noktalar, elle veya otomatik bir işlemle, döndürmeli kaplama yöntemiyle alt katman( substrat) üzerine dağıtılabilir. Büyük ölçekli üretimde, modüllerin üretim maliyetini önemli ölçüde azaltan sprey veya rulo baskı sistemleri kullanılabilir.

Enerji Uygulamalarında Kullanılacak Grafen Malzemeler

Antik dönemlerin aksine günümüzde enerjinin elde edilerek kullanılması,  insan yaşamı açısından en önemli ihtiyaçlardan biridir.  Fakat tükenen fosil yakıtlar nedeniyle,  gelecekte çok ciddi bir enerji krizi kapımızın önünde bizleri bekliyor. Enerjinin depolanarak taşınması süreçlerinde de  çevremize zarar vermeye devam ediyoruz. Temiz,  yani sürdürebilir ve yenilenebilir enerji, enerji teknolojilerinin öncelikli hedefidir. 

Elektrokimyasal Enerji Depolama Sistemleri 

Bu ihtiyaçları karşılamak için elektrokimyasal enerji depolama sistemleri mevcuttur. Bu elektrokimyasal enerji depolama aygıtları, yük transferinin gerçekleştiği bir elektrolit ve elektrotlardan oluşur. Bu sistemlerde nano yapıda malzemelerin kullanılması, daha fazla işlevsellik ve verimlilik açısından muazzam avantajlar sağlar. Nano yapıları nedeniyle, bu malzemeler enerji depolama teknolojilerinde büyük olanaklar ve benzersiz özellikler ortaya çıkarmaktadır. 

Grafenin Özellikleri ve Avantajları 

Grafen, bir atom kalınlığında olan iki boyutlu bir nano yapıdır. Grafen içindeki karbon atomları, onlara eşsiz özelliklerini veren yoğun bir bal-petek yapısında sp2 olarak bağlanmıştır. Yüzyılın harika malzemesi olan grafen, malzeme bilimlerinde ve teknolojik uygulamalarında devrim yarattı. Grafenin benzersiz özellikleri arasında 'yüksek yapısal taşıyıcı mobilite (200000 cm2 V-1 s-1), olağanüstü termal iletkenlik (5000 W m-1 K-1, bakırdan 10 kat daha iyi),% 97.7' lik mükemmel optik geçirgenlik, yüksek Young modülü  (1.0 TPa),  yüksek mekanik dayanım , mükemmel esnekliğe sahip yüksek çekme dayanımı ve ultra yüksek yüzey alanı (teorik olarak 2630 m2 g-1) sayılabilir. Bu olağanüstü ve benzersiz özellikler grafeni uygulama çeşitliliği için en uygun malzeme haline getirir ki bu uygulamalardan biri de enerji depolama teknolojisi alanındadır. 

Grafen Enerji Depolamada Gelecek Vaadeden Tek Boyutlu Bir Malzemedir. 

Grafenin diğer nanoyapılara göre bir üstünlüğü de büyük ölçekli endüstri ve uygulama alanlarında kontrollü imalat ve üretime imkan vermesidir. Ayrıca, grafen üretimi daha düşük maliyetlerle gerçekleştirilir. 

Araştırmacılar Oleg Yazyev ve Yong Chen'e göre  " Geniş alanlı grafen filmler genellikle polikristaldir. polikristalin grafenin özellikleri tane sınırına ve diğer kusurlara hassas bir şekilde bağlıdır”.

Enerji Depolama Uygulamalarında Grafen 

Yığılmış grafen levhalarda olduğu gibi çok miktarda grafen içeren yapılarda kusur ve boşluklar bulunur. Sentezleme yöntemi nedeniyle bu tür yapılara indirgenmiş grafen oksit ya da işlevsel hale getirilmiş grafen levhalar ismi verilir. Enerji depolama uygulamalarında aranan en önemli özellikler grafen malzemelerde mümkün olduğu gibi yüksek enerji ve/veya güç yoğunluğu, uzun döngüsel ömür, ve çevre dostu oluştur. Tüm bunlar nedeniyle grafen enerji depolama araştırmalarında çok önemli bir yer tutar. 

Elektrokimyasal bir kondansatör (veya süper kapasitörlerde veya ultrakapasitörlerde ) enerji, hızlı bir şarj ve deşarj yoluyla karbon yüzey ile elektrolit arasındaki iyonlar üzerinde depolanır. Grafen ile, istenen yüksek yüzey alanı ve mükemmel elektriksel iletkenlik kombinasyonu sağlanabilmektedir. Bu, süreç levhaların yüzeyinde ve kenarlarında iyonların tutunmasıyla (adsorpsiyonuyla ) birleşerek sürekli olarak değişen potansiyelleri mümkün kılarak grafenin elektrokimyasal kapasitörler için harika bir malzeme özelliği sergilemesini sağlar. 

Grafen ayrıca elektrokimyasal iletkenliği arttırmak için elektrotları işlevselleştirmede kullanılır. Lityum-iyon piller, süper kapasitörler ve diğer şarj edilebilir piller (örneğin, lityum-kükürt (Li-S), lityum-oksijen (Li-O2) ve sodyum-iyon (Na-iyon) kimyasalları) günümüzde yaygın enerji depolama aygıtlarıdır . Grafenin Lityum-iyon bataryalar ve süper kapasitörlerle melezlenmesi bu enerji depolama sistemlerinin performansını arttırmıştır. Bu şekilde enerji uygulamalarındaki en büyük engellerden biri olan şarj / deşarj verimliliğini arttırılmış olur. 

Çok Yakın Bir Gelecekte Grafen Tabanlı Süper Kondansatörler Günlük Hayatımızın Bir Parçası Haline Gelecek..

Böylesi umut vadeden özellik ve olanaklar beraberinde bir soruyu gündeme getiriyor; Grafen teknolojileri şu anda ticarileşmeye hazır mı? Güvenlik endişeleri özellikle bu teknolojilerin günlük hayatta genel kullanıma dahil olmasının öncesinde giderilmesi gereken bir konu. Ne var ki grafenin enerji uygulamalarında kullanılmasının önünde birkaç engel bulunuyor. Düşük maliyetli , büyük ölçekte ve yüksek kaliteli ürün üretme süreçleri henüz iyi denetlenen ve standartlaştırılmış değiller. Grafen üretimi halen diğer geleneksel batarya ve kondansatörlerle kıyaslandığında pahalı kalmaktadır. Genel yaklaşım olarak grafen sık sık, etkin yüzey alanının azalmasına neden olacak şekilde levhalar halinde yığılır. Bu da katman oluşumuna neden olarak iyon ve elektron taşınmasını engeller. 

Pasifik Northwest Ulusal Laboratuvarı’ndan Jun Liu isimli araştırmacının 2014 yılındaki ifadesiyle ; 

Grafen kondansatörler gelecekte hızlı cevap zamanı (milisaniyeler), yüksek verimlilik (% 95 üzeri), yüksek güç, uzun periyodik işletme süresi (binlerce çevrim), frekansta arz ve talep arasındaki dengesizlikten ötürü geniş aralıkta çalışmanın gerekli olduğu şebeke uygulamalarına çok aranan bir devre elemanı olacaktır.

Gelecek Nesil Akıllı Sensörler Her Zamankinden Daha Küçük ve Daha Yüksek Doğrulukta

“Nesnelerin İnterneti “ teknolojisinin mikro ölçekli dünyasında, verilerin toplanması ve yorumlanması hızlı, doğru ve düşük maliyetli olmalıdır. Peki akıllı sensörler bu gereksinimleri nasıl karşılar ve bunlar yenilikçi mühendislik projelerinde ne tür uygulamalara konu olmaktadırlar? 

Çevremizi incelemek söz konusu olduğunda, yalnızca biyolojik kapasitemize güvenmek zorunda olmaktan hazzettiğimiz söylenemez. Bu, , bilgiyi mümkün olan en düşük maliyetle, daha hızlı ve yüksek bir kesinlikle yorumlamamız gereken mikronik IoT dünyasında daha da önemli bir konu haline gelmektedir. 

Akıllı sensörlerin dijital bir cihazda mikronik seviyeye sahip yani mikron ölçeklerinde çalışan bir uygulamada verimli olamamasının sebepleri başlıca pahalı , kararsız, güç yönünden tutarsız ve hatalı ölçme yapmalarıdır. Aynı zamanda, tüm IoT katmanlarını ( sırasıyla analiz, bilgi, algılayıcı ve iletişim şeklinde sayılabilir), yeterince destekleyen karmaşık sistemlere dahil olmak için genellikle çok hantaldırlar.

Ancak, nano-optik, düşük güçlü kablosuz ve tam seviyeli yazılım desteği gibi gelişmiş teknolojiler ve malzemeler sayesinde, artık çeşitli verileri mevcut maliyetlerin çok altında iletme ve işleme kapasitesine sahip olan çip boyutlarına sahip sensörlerin daha geniş bir bir şekilde uygulamalarının yapılacağı günlere çok da uzak olduğumuz söylenemez. 

Nano-Optik Fiberli ve Çip Boyutunda Spektrum Ölçerler

Bu özel çoklu spektral sensör, bazı mikroişlemcilerde mesela Microsoft’un Intel markasında olduğu görüldüğü gibi, kurşun içeriği düşük Land Grid Array (LGA) konfigürasyonlu pakete yerleştirilmiş benek boyutlu (4,5 x 4.4 x 2.5 mm) bir cihazdır. AS7262 ve AS7263 çoklu spektral sensörler, hassas yansıtıcı ve düşük emici özelliklere sahip nano-optik girişim filtreleri kullanır. Nano-optik filtreler doğrudan CMOS (tamamlayıcı metal-oksit-yarı iletken) silikon üzerine yerleştirilmekte olup klasik girişim filtrelerinden daha fazla doğruluğa sahiptir.

AS7263 Çoklu Spektral Sensör İç Yapısı

Çok kanallı spektrometri, tek bir dalga boyunun algılanması için gereken süre içerisinde çoklu dalga boylarının algılanmasını sağlar. Bu birleşik spektrometreler, görünür spektrumda (450 ila 640 nm) altı ve yakın-kızılötesi spektrumunda (610 ila 860 nm) yine altı kanal içerir. Akım kontrollü bir LED sürücü güç tutarsızlıklarını önler ve aynı çiple bir yuvarlak shutter üzerinden ışık veri girişini kontrol eder. 

Akıllı bir arayüz, net bir şekilde kalibrasyon gerçekleştirilmesinde görev yapar ki bu da sensörü akıllı ve düşük maliyetli bir cihaz haline getirir. Bu sensör, tarım ve bahçecilik, gıda güvenliği, sahte para tespiti, belge doğrulama, hassas renk ayarı ve renk tanımlama gibi endüstriyel uygulamalarda kullanılabilir. 

Taşınabilir Cihazlar İçin Yeni Nesil Akıllı Hublar 

Bosch, “Boyutla-artan- yüksek -maliyet” sorununu sürekli çalışır durumda sensörlere sahip Android destekli paketler (4.1 x 3.6 x 0.83 mm) içerisinde akıllı hub'lar tasarlayarak çözdü. 

BHI260 akıllı hub, bir jiroskop, ivmeölçer ve bir manyetometrenin en mükemmel şekilde birleştirilmesiyle oluşmuştur. Doğrusal hareket ve yerçekimi kuvvetlerinin yanı sıra dikey, önden arkaya ve bir taraftan diğer tarafa eksen dönme oranlarını da algılayabilir. Atalet ölçüm birimi (IMU) Sensortec baskılı devre kartı (PCB) ve Shuttle kartı üzerine monte edilmiştir. JB konektörleri ile ilave sensörleri kendisine bağlayabilen bir M2 ana arabirim (i2c ile yapılandırılmış) veya bir Quad-SPI arabirimi içerir. 

Akıllı hub, toplam güç tüketimini(1.8V güç kaynağı ) azaltarak mobil cihazlara, gözlüklere ve artırılmış/sanal gerçeklik giyilebilir aksesuarlarına uygulanabilirliği artırır. Bu ayrıca 3D yönelimi, adım sayımı, konum izleme, etkinlik tanıma, poz ve kafa izleme ve içerik farkındalığı gibi alanları da içerebilir. 

Kablosuz (Wireless) Çok Amaçlı Mini Sensörler 

Mikroçip boyutu, yüksek hassasiyetli el cihazları için kritik öneme sahip olsa da, akıllı yaşam ortamları ve büyük endüstriler gibi bazı ekosistemlerin dikkate alınması gereken ilave faktörler vardır. Bunun içinde büyük miktarlarda özel verilerin ve sensör hareketliliği de bulunabilir. Disruptive Technologies tarafından piyasaya sunulan sürekli-devrede akıllı bulut kiti, bir klavye tuşu ebatında ve bozuk para inceliğinde olan kablosuz dokunma ve yakınlık sensörlerini bir araya getirir. Bu haliyle dahi, kkullanıcının veri gizliliği ve güvenliği üzerinde denetim sahibi olması gereken geniş ekosistemlerde kullanılabilecek kadar küçüktürler.

Kablosuz/Wireless Çok Amaçlı Sensörler Hayatımızda Giderek Daha Fazla Yer Alıyor

Disruptive Technologies'in kablosuz algılayıcısı 50 metrelik bir iç mekan menziline, 15 yıllık pil ömrüne ve günde yüzlerce işlem kaydetme kapasitesine sahiptir. Kullanıcı verisinin aşırı yüklenmesi bir SIM ve Ethernet entegre bulut konnektörü ile yönetilirken, yönetimi son derece kolay hale getiren bir dokun-ve- eşle sistemi üzerinden akıllı cihazlara anlık bağlantı sağlanabilmektedir. 

Sensör çok amaçlıdır ve ulaşılması zor makine parçalarında olduğu gibi gerekli olan her yere takılabilir. Bu sensörlerin veri doğruluğunu artıran ve bu doğruğu özellikle akıllı ev, perakende, gayrimenkul, yemek servisi ve güvenliği ve tüm endüstri 4.0 çözümlerinde çevresel verileri toplamak için uygun hale getiren çok yönlülüğü, üreticiler ve kariyer mühendislerine elverişli bir seçenek sunmaktadır.

Moleküler Işın (Demet ) Epitaksi

Moleküler Işın Epitaksisi ince kristalin katmanları imal etmede başvurulan bir bir PVD (Fiziksel buhar biriktirme) yöntemidir. Moleküler ışın epitaksisi öncelikle yarı iletken tekniğinde kullanılır; Bu yöntemle, bir altkatman (subtrat) üzerinde GaAs, InP, GaInNAs, GaSb gibi yarıiletken alaşımlarının tek kristalinli yapıları üretmek mümkündür.  Bu yöntemle katman oluşturmadan kullanılan bir cihaza ait görsel aşağıda verilmiştir:

Moleküler Işın Epitaksi Sistemi (Gazi Üniversitesi Fotonik Laboratuvarında)

Temel Kavramlar

Epitaksi , bir altkatman üzerinde biriktirilen bir yarı iletken katmanın kristal yapısının , her iki katmanın fiziksel özellikleri (özellikle örgü (latis) parametresi ) birbirinden çok büyük farklılık göstermediği sürece, bu altkatmanınkine uydurulması işlemidir. Altkatman ve üstündeki katman aynı alaşımdan oluşuyorsa homoepitaksi, farklı alaşımlardan oluşuyorsa heteroepitaksi kavramlarından bahsedilebilir. Heteroepitakside genellikle farklı örgü parametreleri nedeniyle belli bir kritik katman kalınlığına kadar biriktirilen katmanlarda bir gerilme ortaya çıkmaktadır. Kritik katman kalınlığı aşıldığında biriktirilmiş olan bu katman , ortaya çıkan kaymalarla (kusur) birlikte gevşemektedir. Moleküler ışın epitaksisi vakum ortamında geride kalan artık gaz atomları nedeniyle ortaya çıkan kirlenmeleri önlemek amacıyla ultra yüksek vakum ortamının oluşturulmasını gerektirir. Biriktirme süreçleri sırasında yüksek vakum bölgesine gerçekleşen akıtma nedeniyle artar. Biriktirilen katmanı meydana getiren malzemeler buharlaşma potasında (sıvı akıtma hücreleri) kızdırılır ve doğrultu kazandırılmış moleküler ışın şeklinde (art bölge gazları ile çarpışmaksızın) altkatmana ulaşır. Bu katman da da aynı şekilde ısıtılır ve düzgün bir biriktirme işlemine olanak tanır. 

Moleküler Işın Epitaksi Yöntemi 

Pota sıcaklığının kontrolü ve tek kaynaktan çıkan moleküler ışının kontrollü bir şekilde salınıp bloke edilmesiyle değişik türde kompozisyon ve katkılamaya sahip çok katmanlı kompleks yapılar elde edilebilir. Katman kalınlıkları birkaç atom çapından mikrometrelere uzanan bir yelpazede değişebilir. 

Moleküler ışın epitaksisiyle üretim süreci , biriktirme sürecine etki etmeyen uygun yerinden yöntemlerle (RHEED, elipsometri, ) denetlenebilir. 

Uygulama Alanları 

Moleküler ışın epitaksisi, özellikle optoelektronik yapı elemanlarının üretiminde kullanılmaktadır. 

Lazer diyotları 

Dielektrik Ayna 

Kuantum Kaskat Lazer vs.. 

Ayrıca incefilm fotovoltaik pil üretiminde de bu yöntemden faydalanılmaktadır. 

Diğer yandan düzgün bir katman kalınlığı denetimi sayesinde çok küçük ölçülere sahip yapıların gerçekleştirilebilmesi mümkündür. Bu yapılar kuantum olayına dayanan ve herkes için yeni kabul edilebilecek bir takım özelliklere sahiptirler. Bununla birlikte sıklıkla heteroepitaksideki doğal pürüzlülük ya da sınır katmanların içersisindeki kendiliğinden organizasyon özelliğinden faydalanılır. 

Özellikle epitaksi yoluyla biriktirilen heteroyapılarda meydana gelen gerilme, kuantum noktalarına, kuantum telciklere, kuantum kuyularına sebep olmaktadır. 

Temel araştırmalarda moleküler ışın epitaksisi gerilmiş Si/SiGe biriktirilmesine kullanılır. Bu teknoloji ile gelecekte Si/SiGe içerisinde HEMTS olarak isimlendirilen diğer adıyla MODFETS teknolojisini gerçekleştirmek ve GaAs gibi malzemeler kullanarak maliyetleri düşürmek mümkün olacaktır. 

Özel bir moleküler ışın epitaksisi yöntemi de "Allotaksi" dir. Bu yöntem sayesinde monoktristal silisyum içerisinde gömülmüş Kobaldisilisit katmanları üretmek mümkün olabilmektedir. 

Buharlaştırma vasıtasıyla atomik seviyede düzenli şekilde sıralanmış organik molekül katmanları elde etmek de mümkündür. Bu yöntem organik moleküler ışın epitaksisi olarak isimlendirilir.

Nano Işık Anteni

Ufak aralıktan ışık saçılmaktadır.

Würzburg üniversitesi fizikçileri bir nanoantene elektrik akımı yardımıyla ışık verdirmeyi başardılar: Boyu sadece 250 nanometre olan ışık anteni gelecek yıllarda muhtemelen monitörlerde ve ayrıca veri iletiminde kullanılmak üzere çiplerin üzerinde kullanım alanı bulacak.

Bert Hecht ve araştırma ekibinden alınan bilgiye göre, her biri bir kontak teliyle donatılmış iki kola sahip olan ışık antenlerinin uç kısımları birbirine neredeyse temas etmekte. Araştırmacılar tarafından bu iki ucun arasına, biri kollardan birine temas eden diğerine de yaklaşık bir nanometre mesafede bulunan altından bir nanoparçacık yerleştirildi. Bir gerilim uygulandığında elektronlar tünel etkisi sayesinde bu ufak boşluktan akmakta ve bununla beraber bir başka kuantum fiziği etkisi neticesinde optik frekanslı salınımlar üretilmektedir.

Bu şekilde tasarlanmış olan anten böylelikle görünür ışık formunda elektromanyetik dalgalar üretiyor. Işığın rengi ise anten kollarının uzunluğuna bağlı. Hecht’in ifadesine göre şu anda bu anten elektrik ile faaliyete geçirilen en kompak ışık kaynağı ünvanını taşıyor.

Içinde bulunduğumuz dönemde benzeri minik ışık kaynakları ya ışık ile ya da kuantum noktaları gibi özel malzemeler ile beslenmek zorunda. Kullanım sahasının yaygınlaşabilmesi için elektrikle çalıştırılan bu ışık antenlerinin veriminin artırılması gerektiğini ifade eden Hechte göre bu antenlerin şu anki çalışması sırasında ışıktan çok daha fazla ısının meydana geliyor. Ayrıca bu çalışmadaki altın nanoyapı ışığın üretilebildiği süre birkaç saati geçmemekte.

Perovskit Güneş Pillerinin Yüksek Verimli Olmasını Mümkün Kılan Şey , Kristal Yapıda Meydana Gelen Şekil Değişiklikleri Olabilir

Silisyum yerine Perovskit kristallerinin kullanılmasıyla güneş pillerinin üretim maliyetlerinin ciddi şekilde düşürülebileceği öngörülüyor. Birkaç yıl içerisinde şu anda ancak % 4 olabilen hücre verimleri % 20 lere ulaşabilecek. Ne var ki bu denli gelecek vadeden bu fiziksel olayın temelinde yatan sebepler tam olarak anlaşılmış da değil. İnce Perovskit kristallerindeki atomik hareketlerin gösterildiği bir film izleyenlere ,şu halde elektrik üretiminde yer alan önemli süreçlerin anlaşılması noktasında şaşırtıcı bilgilere ulaşma imkanı verdi. Kaliforniyalı araştırmacılar “Science Advances “ dergisinde kristal yapısının alışılmadık şekilde uzun ömürlü form değişiklikleri hakkında bilgi paylaşımında bulundular. Bu açıklamalar sayesinde okuyucuların “Perovskit Güneş Pilleri’nde gerçekleşen “elektrik yüklerinin taşınması” olayını daha iyi anlaması bekleniyor. 

    Kristal Yapıdaki Şekil Değişiklikleri Perovskit Güneş Pillerini Verimini Artırıyor.

Menlo Parkta bulunan SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarında araştırmacı olarak çalışan bay Wu “Işığın İyot ve Kurşun atomlarının oluşturduğu kristal yapıda ciddi büyüklükte şekilsel değişiklik yarattığını keşfettik. ” diyor. Bu şekil değişikliklerinin Perovskit güneş pillerinin yüksek verimli oluşundaki asıl etken olabileceği düşünülmekte. Bu bilgiye ulaşabilmek için  Wu ve arkadaşları 40 nm kalınlığındaki Perovskit kristal tabakalarını aşırı kısa dalga boyundaki lazer darbeleri (40 femtosaniye) ile aydınlattılar. Görünür ışık vasıtasıyla söz konusu kristal yapının bu şekilde uyarılması neticesinde , kuvvetli bir şekilde odaklanan elektronlardan oluşan bir ışını örnek parça ( güneş piline esas ) üzerine düşürdüler. Bu elektronlar Perovskit kristal tabakaya çarparak saçıldıktan sonra hassas bir dedektör tarafından tekrar toplandı. Buradan da kırılan elektron demetinin , kristal yapının atomik yapısının anlaşılabilmesine imkan veren bir resmi oluşturulabildi. 

Fizikçiler bu elektron ışınımına ait kırılmanın ölçümlerini, lazer- ve elektron darbeleri arasında meydana getirilen farklı zaman aralıkları için defalarca kez tekrarladılar. Bu sayede, her bir kırılma yardımıyla oluşturulmuş bir  film görüntüsü elde edilmiş oldu ki bu film Perovskit kristal kafes yapısında meydana gelen her bir şekil değişikliğini nanometrenin kesirleri ölçeğinde doğru şekilde görülebilir kılmaktadır. 

Araştırmacılar  lazer ışığı ile uyartımın hemen sonrasında (saniyenin 10 trilyonda biri kadar kısa bir süre ) Perovskit kristallerindeki iyot atomlarının her birinin bir kurşun atomunun etrafında döndüğünü farkettiler. Aynı süre içerisinde, önceden tabanları bitişik çift piramit (oktahedron )yapısında bir şekle sahip olan kristallerin daha az düzenli bir yapıya dönüştüklerini de kaydettiler. Bu değişiklikler tıpkı eriyen kristallerin yapısında meydana gelenlerle kıyaslanabilir nitelikte olduklarından , onların süre ve büyüklükleri araştırmacıları bir hayli şaşırtmış. Araştırmacılar tam olarak da bu şekil değişikliklerinin elektriksel yüklerin kristal yapı içerisinde yakalanmadan kolaylıkla hareket etmelerini sağlayan şey olduğunu düşünüyorlar. Bu da perovskit güneş pillerinin neden yüksek verimli olduğunu açıklıyor. Wu ve arkadaşları yaptıkları bu keşfin uygun maliyetli perovskit kristallerinin üretiminde çığır açmasını ümit ediyorlar.

Üç Boyutlu, Üstüste Katmanlar Halinde Oluşturulmuş Çiplerle Hem Algılama, Hem Depolama, Hem de İşleme Mümkün.

Geleneksel mimaride yapılan bilgisayar çiplerinde milyarlarca tranzistör bir yüzey üzerinde birbirleriyle sıkı sıkıya bağlantılı olarak imal edilirler. Bir işlemci üzerinde daha fazla sayıda devre ve işlevi birleştirebilmek için yığın halinde bir araya getirilen üç boyutlu yapısal mimariler seçenek haline gelirler. Şimdilerde Amerikalı araştırmacılar karbon nanotüpler, sayısal bellek hücreler ve klasik silisyum devrelerini son derece zekice bir şekilde bir araya getirerek böylesi bir hedefe ulaşabildiler. Nature isimli bilim dergisinde yaptıkları açıklamaya göre , üç boyutlu olarak üstüste katmanlar halinde tasarladıkları çipleri, etraftaki gazları algılayabiliyor, bu verileri depolayabiliyor ve sonra da elektronik olarak doğrudan işleyebiliyor. Cambridge’deki Massachussets Teknoloji Enstitüsünden Max. M. Shulaker ve Stanford Üniversitesindeki meslektaşları :

“Bizim prototipimiz bir milyondan fazla bellek hücresi ve iki milyondan fazla alan etkili tranzistörden oluşmakta.” diye yazıyorlar. Araştırmacılar bir bütün halinde dört işlevsel ve elektronik katmanı üstüste yerleştiriyorlar. Esas katman olarak klasik silisyum esaslı devrelerden meydana gelen bir alan kullanılıyor. Bu katmanın üzerine nanotüpler kullanılarak imal edilmiş iki milyondan fazla tranzistörden oluşan bir başka katman yerleştirilmiş. Bu iki katman birlikte uçucu olmayan bellek hücrelerinden oluşan üçüncü katmandan gelen sayısal darbeleri alıyorlar. En üstte bulunan katmanda Schulaker ve meslektaşları, minik birer gaz sensörü olarak iş gören ve filigran desenli olarak düzenlenmiş nanotüpleri kullanmışlar. 

Üç Boyutlu, Üstüste Katmanlar Halinde Oluşturulmuş Çiplerle Hem Algılama, Hem Depolama, Hem de İşleme Mümkün.

Araştırmacılar üç boyutlu olarak ve üstüste istiflenmiş katmanlardan oluşan bu çipin gaz ve buharı tespit edebildiğini gösterdiler. Çipleri üzerine basitçe azot, şarap, bira ve votkadan alınan alkol buharı veya limonsuyu zerrecikleri yaydılar. Bu maddelerin nanotüplerden oluşan sensör katmanının elektriksel direncini değiştirdiği görülmüştür. Buna uygun olarak üretilen sayısal sinyaller platin ve hafniyumoksitden yapılmış bellek hücrelerinde geçici olarak depo edildikten sonra bir sonraki katmana aktarılarak nanotüplerden meydana gelen tranzistör alanında işlenmeye devam ettiler. Böylece üstüsüte katmanlar halinde imal edilmiş bu çipin her bir gaz veya buharın kendisine özgü sinyal örneklemelerini muğlaklığa yer bırakmayacak şekilde oluşturabildiği görülmüş oldu. Brown Üniversitesinden yarıiletken çip uzmanı Sherief Reda “ Tamamıyla işlevsel bir protoyip için Schulaker ve arkadaşları sensör, bellek ve hesaplama alanında pek çok sayıda gelecek vadeden teknolojiyi bir araya getirmiş oldular. “ diyor. Ona göre klasik litografik yöntem ile yapılan üretimlerde tranzistörlerin üretimi için gerekli olan 1000 C derece üzerindeki sıcaklıklarla kıyaslandığında , bu teknolojiyle birlikte birkaç yüz derece aralığında değişen görece düşük sıcaklıklar sayesinde (karbon tüplerin ve bellek hücrelerinin üretiminde genellikle 200 derece gibi düşük sıcaklıklar söz konusu olduğundan ), imalat sırasında hazır hale getirilen katmanlarda diğer bir katmanın hazırlanması neticesinde herhangi bir zararın meydana gelmesinin önüne geçilecek.

Bu tip üç boyutlu üstüste yerleştirilmiş katmanlardan oluşan çok fonksiyonlu bir çipin uygulama alanı en başta robotik sahasında karşımıza çıkacak. Tıp tekniğinde de minik sensör sistemleri ile tespit edilen sinyallerin doğrudan analiz edilerek depolanması büyük bir öneme sahip olabilir görünüyor. Seri üretime geçilmeden önce her bir elektronik yapının – şu anda bir mikrometre kadar- daha da küçültülmesi üzerinde yoğunlaşılması gerektiği görülüyor. Şu anda 3 voltu geçen ve konvansiyonel işlemcilerden kat be kat daha yüksek olan devre gerilimleri de bir dezavantaj. Yine de bu ifade sayesinde bile üç boyutlu (3D) çip yapılarının hızlı ve çok yönlü elektronik sistemler adına ne kadar büyük bir potansiyel taşıdığı bilgisini kendi içinde taşıdığını anlamamız mümkün. 

.

Nano-Optik İşlemci Ses Tanımlayabiliyor

Süperbilgisayarlar 200 Petaflop yani bir saniyede 200 milyon kere Milyar işlemi yapabilme noktasına doğru evriliyorlar. Ne var ki çok yüksek enerjiye ihtiyaç duymaları nedeniyle insan beyninin verimine sahip olmaları şu an için zor görünüyor. Şimdilerde nanofotonik modül tabanlı bir işlemci ile çok hızlı ve verimli yapay nöronik ağların temeli oluşturuluyor. Yapay zeka uygulamalarının en temel konusu olan sinir ağlarının çalışma prensibinden esinlenerek geliştirilen bu yapılarla gelecekte insan zekası ile her yönden başa çıkabilecek süper bilgisayarlar tasarlamak mümkün olabilecek. Amerikalı araştırmacılar “Nature Photonics ” dergisinde geliştirdikleri prototipin, ışık darbeleri vasıtasıyla 100 Ghz hızında işlem yapabildiğini ifade etmekteler.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden Yichen Shen “Optik tabanlı nöronal ağ yapısının en önemli parçasını geliştirdik, ama henüz eksikleri olan bir sistemden bahsediyoruz. ” diyor. Ekip arkadaşlarıyla birlikte geliştirdikleri Nanofotonik İşlemci, ışık dalgalarının içinden geçişleri sırasında sürekli olarak birbiriyle karşılıklı etkileşim içerisine girdikleri ve karşılıklı girişimler yoluyla girişim desenleri ve bu şekilde işlem sonuçlarını meydana getirdikleri 56 interferometre (girişim ölçer )den oluşuyor. Çok basit şekilde bir lensin tek başına bir işlem yaptığını düşünebiliriz. Işık lense girer ve belli bir açıyla yön değiştirerek yoluna devam eder. Çok sayıda interferometrenin içerisinden geçen ışığı istenilen şekilde değişime uğratması sonucu elektrik kullanmadan ve bu sayede herhangi bir güç kaybı yaşamadan hesap yapılması mümkün olmakta. Bu modüller bir ışık dalgasının dalga sırtı ve dalga çukuru arasındaki fazı ölçecek şekilde tasarlanmış olup bunlardan söz konusu fazın değiştirilmesi hedeflendiğinde de faydalanmak mümkündür. Prototip aşamasındaki mikroişlemci içerisindeki bulunan ve bir sinir ağındaki nöronlara benzetebileceğimiz bu interferometreler kaskat yapıda sıralanıyorlar.

Nano-Optik İşlemcilerle Çok Daha Hızlı ve Verimli Süperbilgisayarlara Sahip Olacağız.( Fütüristik Bir Görsel Çalışmasıdır)

Araştırmacılar çok daha pahalı ve kompleks modellerle bu konseptlerini simüle ettikten sonra bir ses tanıma algoritması kullanarak test sürecini devam ettirdiler. Fotonik işlemcilerin çalışma prensibi şu şekilde :

Sistemin tanımadığı bir ses belirli bir dalga boyu ve genliğine getirilerek lazer formatında bir ışık sinyaline dönüştürülüyor. Interferometre kaskat yapısına sokulan ışık sinyali, hemen peşinden sisteme dahil edilen diğer lazer darbeleri ile etkileşime girdikten sonra her bir interferometre üzerinde farklı girişim desenleri ve dolayısıyla yapılması istenen işlemin sonucu ortaya çıkıyor.

Bu son derece yüksek hızda gerçekleşen işlem neticesinde ortaya çıkan ışık sinyali son derece duyarlı bir fotodedektör tarafından algılanarak bir analiz programı yardımıyla tekrar bir sese dönüştürülüyor. Bu dönüştürme işlemi tamamıyla optik bir sistem yardımıyla 180 test denemesinden 138 tanesinde bir sesin tonunu doğru şekilde tanımlayabilmiş. Mukayeseyi kolaylaştırabilmek amacıyla araştırmacılar ses tanıma işlemini, daha yüksek isabet yüzdesine sahip konvansiyonel elektronik sistemlerle de yapmışlar.

Güvenilir bir ses tanıma veya daha kompleks problemleri çözebilme yeteneğine sahip olan fotonik ışık bilgisayarının henüz bu sistemlerden çok uzakta olduğu anlaşılmakta. Fakat Shen ve arkadaşları, kendilerinin yarattığı nanofotonik yapıtaşları ile yaklaşık 1000 nöronlu nöronal ağlar kurulabilmesini mümkün görüyorlar. Geleneksel bilgiyar sistemlerinin elektronik devrelerinden farklı olarak bu sistemlerle, enerji tüketiminin belki  de  yüzde birlere kadar düşebileceği düşünülüyor. Bu da gelecekte insan beyniyle yarışabilecek üstün verimli sistemler oluşturabilme hayalinin önünü açacağa benziyor. 

Nanoteknoloji ve Akkor Telli Lambalar

Avrupa Birliği Komisyonu'nun 2008 yılında akkor telli lambaların üretim ve satış yöntemlerinin kademeli bir şekilde kısıtlanacağını bildirmesine karşılık olarak büyük bir tüketici direnci meydana gelmişti. Her ne kadar, halojen lamba ve led gibi alternatif ışık kaynakları o günden bu yana giderek gelişme göstermiş olsa da , akkor telli lambanın çevremizi kusursuz bir renk kalitesinde gösterebilmesini sağlayan o sıcak ışığını üretebildiklerini iddia etmek imkansız. 

Yine de akkor telli lamba taraftarları onların çok düşük verimli olduklarını göz ardı etme lüksüne sahip değiller. Bu lambaların tükettiği enerjinin yaklaşık % 95’i ısı ve insan gözünün algılayamadığı dalga boyunda ışık olarak kayboluyor. Amerikalı bir araştırma ekibi bu büyük ısı kaybını inanılmaz bir şekilde asgariye indiren bir yöntem geliştirerek bu lambalara farklı bir gözle bakılabilmesini sağladılar. 

Isı enerjisi yansıtılarak tekrar faydalı hale getiriliyor (geri dönüştürülüyor). 

Massahusetss Teknoloji Enstitüsü (MIT) fizikçileri alanında bir çığır açması beklenen buluşlarını Journal Nature Nanotekchology dergisinde bilim dünyasına sundular. Buna göre nanoteknoloji sayesinde akkor telli lamba yeniden hayatımıza geri dönecek gibi görünüyor. Bu teknikte 2700 °C ye kadar ısınan konvansiyonel akkor telli lambalar aslında sadece şekil yönüyle bir değişikliğe uğratılıyor. Fakat normalde kızılötesi ışıması olarak ortama saçılarak kaybolan ısı enerjisi tekrar kaynağına geri verilerek faydalı bir enerjiye dönüştürülüyor. Araştırmacılar buna “geri dönüştürme “ adını veriyor. 

Nano Malzeme İle Takviye Edilen Nano Telli Lambanın Verimi Tasarruflu Lambalarla Boy Ölçüşüyor

Bunun için normal akkor telli lambadaki flaman görünür ışığı geçiren ama kızılötesi ışığı engelleyen bir nano yapı ile sarılıyor. Tekrar kaynağına geri döndürülen bu ısı ışınımının flaman tarafından emilmesi ve böylelikle görünür ışığa dönüşmesi sağlanmış oluyor. Burada söz konusu olan nano malzeme pek çok katmandan oluşan ve görünür ışığın geçişine izin verip kızılötesi ışığa farklı açılardan yansıma yapmasını sağlayarak izin vermeyen özellikte fotonik kristalli bir yapıda. Araştırmacılar ısı ışınımının tekrar kazanılmasında verimi daha fazla artırabilmek amacıyla akkor flaman yerine aslında bir wolfram levhacık kullanmışlar. 

Işıksal Verim Eskiye Göre 2-3 Kat Daha Yüksek

İlk prototipte yeni nesil akkor telli lamba yaklaşık % 6,6 verim elde etmiş bulunuyor. Işıksal verim bir lambanın ürettiği ışık akısının çekilen toplam güce oranı ile ilgili bir kavram. Bu rakam büyüdükçe aynı enerji tüketiminde göze gelen faydalı ışık akısının miktarı da artıyor. Eski tip akkor telli lambalarda bu değer % 2-3, tasarruflu florasan lambalarda % 7-15 ve led lambalarda ise % 5-15 mertebelerinde seyrediyor. Araştırma ekibi nano malzemeyle üretilen bu lambalarda verimin artmasını ve modern ışık kaynaklarıyla boy ölçüşmesini imkansız görmüyorlar. 

Neticede oldukça yüksek verimli olan bu minik akkor telli lambanın sıcak ışığını kaybetmediğini , bu lambaların fiyat bakımından oldukça makul rakamlarla üretilebileceğini çünkü malzemenin bol ve ucuz bir malzeme olduğunu bu teknolojinin sadece akkor telli lambalara değil mesela elektrik ve ısı üretiminin birlikte gerçekleştiği termofotovoltaik alanına da tatbik edilebileceğini düşünüyorlar. 

Dünyanın En Küçük Akkor  (Nano )Telli Lambası (Grafen )

Diğer taraftan New Yorklu bir araştırma grubu da nano teknoloji ile bir deneye imza attılar. Grafeni elektrik akımı ile ısıttıktan sonra tekil atomlardan oluşan bir kafes yapıya sahip olan malzemenin görünür ışık vermesini beklenmiş. Ve sonra ne olmuş? Tabii ki ışık ortaya çıkmış. Bu basit yapı şu anda bu haliyle dünyanın en minik akkor telli lambası olarak tanıtılıyor.

Dünyanın En Küçük Akkor (Nano )Telli Lambası 

Mikroişlemcilerin Pasif Soğutulmasında Bor Arsenid (BAs)

Mikroelektronik cihazlar küçülüp daha hızlı ve güçlü hale geldikçe ısı yönetimi de aynı ölçüde kritik bir problem olarak karşımıza çıkıyor. Bu yazıyla ısı transferi konusunda nicelik seviyesinde yeni bir bakış kazanmak ve Ultra yüksek ısıl iletkenliği olan ve pasif soğutma uygulamalarında çığır açması olası yeni bir malzemeyi tanıtmak gayesindeyiz.  Bu malzemenin anamaddesi olan bor elementinin dünyada bilinen tüm rezervlerinin 3/4 üne sahip olan ülkemizde bor hakkında yapılacak çalışmaların daha da artması ümidiyle diyip başlayalım:

Tahmine dayalı ilk prensipler yaklaşımıyla Kübik III-V bor bileşiklerinin ısıl iletkenliğini hesaplayarak, Amerika Birleşik Devletlerindeki N.R.L (Deniz Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarları) ve Boston Üniversitesi araştırmacıları, Bor Arsenid (BAs)’in bilinen en iyi ısıl iletken olan elmastan bile daha üstün bir ısıl iletkenliğe sahip olduğunu keşfettiler. Bu bileşik oda sıcaklığında her birim kelvin sıcaklıkta metre başına 2000 watt gibi çok büyük ve bu anlamda elmas ve grafit gibi malzemelerden bile daha iyi bir iletkenliğe sahip.

Bor Arsenid (BAs) Gelecekte Mikroişlemcilerin Pasif  Soğutulmalarında Görev Alabilir

Elektronların ısıyı transfer etmede görev üstlendiği metallerin aksine elmas ve bor arsenid elektriksel anlamda yalıtkan özellikteki malzemeler. Bu ikilide ısı, bünyelerindeki atomların titreşimsel dalgalarıyla yani fononlarla taşınırken, ısı akışına gösterilen ve malzemenin yapısından ileri gelen direnç bu fononların birbirine çarpmasından ileri geliyor. Elmas soğutma uygulamalarında doğrudan tercih edilen bir malzeme olsa da, doğada az bulunuyor. Sentetik olarak üretimi ise çok zorlu ve uzun bir süreç almakta ayrıca üretilen malzemenin hem yüksek maliyetli hem de düşük kaliteli olması da cabası. Buna rağmen yüksek ısıl iletkenliği olan elektriksel yönden iletken malzemelerin belirlenmesi sahasında çok ilerleme sağlanmış değil. 

Tarihsel bağlamda, tamamen mikroskobik ölçekte, parametresiz hesaplama yöntemlerine dayanan malzeme teknikleri, ısı transferinden daha çok electronik özellikler yönünden daha çok ilerlemiştir. 

Elektronik Bilim ve Teknoloji Bölümünden fizikçi Dr. Thomas L.Reinecke “geçtiğimiz birkaç senede NRL takımının sağladığı katkılarla, mikroskobik ölçekte gerçekleşen ısı transferinde “ en başından başlayarak  “ niceliksel yöntemler geliştirildi. ” dedi. Bu teknikler mikroskobik ölçekte gerçekleşen ısı transferinin daha iyi anlaşılması ve ısıl iletkenliği yüksek olan yeni malzemelerin hesaplama yöntemleri ile tahmin edilebilmesi ve geliştirilmesi yolunu açıyorlar. 

Bor arsenid ile ilgili bu şaşırtıcı bulgular, elektriksel yalıtkan malzemelerin ısıl iletkenliğini tahminde sıkça kullanılan rehberlerin içermediği bir takım titreşim özelliklerinin alışılmadık şekilde etkileşiminden yola çıkılarak elde edilmiş. Tahmin yöntemlerinin neticesinde görülebildiği kadarıyla bu özellikler, belli bir frekans aralığında gözlemlenenlere kıyasla ortaya çıkma ihtimali daha düşük olan titreşimsel dalgalar arasındaki saçılmalara neden olmakta ve bu durum da aynı frekans aralığında daha büyük miktardaki ısının iletilmesini kolaylaştırmaktadır. 

“Eğer bu heyecan verici sonuçlar deneyler deneysel ortamda da yüzde yüz doğrulanabilecek olursa, bor arsenid kullanılarak yapılacak olan pasif soğutma uygulamalarında çok büyük ve yeni fırsatlar ortaya çıkacak. Bu, aynı zamanda yeni yüksek iletkenlikli malzemelerin belirlenmesi sürecinde rehberlik edecek teorik çalışmaların oynadığı önemli rolü gösterecek. ” şeklinde ekliyor Reinecke.

Otomobillerde Kullanılması Planlanan Grafen Tabanlı Nano Süperkondensatörler

Almanyada elektrikli araçlara gösterilen ilginin büyük olduğunu söylememiz zor: Bu durum pek yakında değişebilir:Nano malzemeden yapılmış yeni nesil süper kondensatörler toplu üretim kapısını sonuna kadar açabilirler. Şu an ki modellere göre çok daha fazla enerji depolayabilirler. Norveçte elektrikli araçlar çoktan hayatın bir parçası olmuş durumda. İkinci kez elektrikli otomobiller yeni araç ruhsatlarında önde gidiyor. Almanya’da ise elektrikli araçların toplam araç sayısı içerisindeki payı düşük. 43 milyon aracın sadece 8000 tanesi elektrikli. Yüksek maliyet, düşük menzil ve her yerde bulamayacağınız şarj dolum istasyonları böyle bir tercihten insanları uzak tutuyor. Toplu üretim kapısını kapalı tutan bir diğer engel de benzin istasyonlarındaki dolum sürelerine kıyasla bataryaların çok daha uzun olan şarj süreleri. Akülerle birlikte kullanılacak nano süperkondensatörler gelecekte bu şarj sürelerinin ciddi manada kısalmasını sağlayacak. Bu alternatif elektrik depolayıcılarının şarj ve deşarj süreçlerinin çok daha hızlı ve daha verimli olmaları bekleniyor. İçten yanmalı motorlarda frenleme durumunda hareket enerjisinin ısı olarak ziyan olmasına karşılık elektrikli araçlarda jeneratörler, hareket enerjisini , bu süper kondensatörler tarafından çok hızlıca depo edilebilecek bir şekilde elektrik enerjisine dönüştürüyorlar. Normal akülerin aksine bu kondensatörler saniyeler içerisinde şarj ediliyor ve bu enerji ihtiyaç halinde klima radyo far vs.. aracın ilgili kısımlarına gönderiliyor.

Nano Süperkondensatörlerin Elektrikli Otomobillerde Kullanım Bulması  Planlanıyor

Hızlı depolama özelliğine sahip bu kondensatörlerin önem arz eden özellikleri arasında birim ağırlık başına sağlayabildikleri güç miktarıdır. 

Bu noktada önemli bir sorunla karşı karşıya kalmaktayız: 

Süper kondensatörler her ne kadar yüksek bir güç yoğunluğuna sahip olsalar da, enerji yoğunluklarının halen iyileştirilmesi gerekmektedir. Bu anlamda mevcut pil teknolojilerinden daha zayıf bir performans gösterirler. Özetle enerji depolama kapasiteleri daha düşüktür. ElectroGraph isimli Avrupa Birliği projesinde (www.electrograph.eu) araştırma ve sanayi alanından gelen on partner oldukça yüksek kabul edilebilecek bir enerji depolama kapasitesine sahip olan yeni bir süper kondensatör geliştirdiler. Stuttgart’ta bulunan Üretim Tekniği ve Otomatizasyon IPA alanında faaliyet gösteren Frauenhof Enstitüsü projeyi koordine ederek başarı ile sonuçlandırdı. Proje müdürü Carsten Glanz: 

”Elektriğin depolanma sürecinde elektrik enerjisi elektrotlar tarafından alınıyor. Elektrot üzerindeki faydalı alan arttıkça aynı oranda daha fazla enerjinin depolanması mümkün oluyor ” dedi. 

Grafen Elektrotlar Enerji Verimliliğini Ciddi Şekilde Yükseltiyor

Gerçekleştirilen çok sayıdaki testlerde araştırma ekibi nano malzeme grafeni araştırdılar. Çok yüksek bir değer olan 2600 m2/g spesifik diğer bir diğer deyişle ölçülebilir iç yüzeyine ve çok yüksek elektrik iletkenliğine sahip oolması nedeniyle oldukça kaliteli bir elektrot malzemesi olarak kullanılma potansiyeline sahiptir. Yaklaşık 100 ila 800 m2/g spesifik yüzeyi ile bugüne dek kullanılagelen aktif karbon ile kıyaslandığında yukarıdaki değerler oldukça yüksektir. Grafen elektrotlarla elektrot yüzeyleri ve verim bir hayli artırmaktadır. 

“Elektrotlar arasındaki boşluk sıvı bir elektrolit ile dolduruluyor. Bunun için iyonik sıvıları tercih ediyoruz. İyonik elektrolitlerle biraraya getirilmiş grafen tabanlı elektrotlar, çok yüksek gerilim seviyelerinde de iş görebilen en ideal malzeme ikilisi. ” diyerek anlatıyor Glanz. Araştırma ekibi her iki katmanın arasında bir mesafe kalacak şekilde grafen katmanlarının şekillendirerek, teoride iyi işleyen çok geniş nano yüzeyleri artırarak faydalı kılmanın bir yolunu bulmuşlar. 

Bu yöntemle her bir grafen yüzeyinin bir biriyle birleşmesinin önüne geçilmekte, böylelikle spesifik yüzeyin küçülmesi ve depolanabilir enerjinin artması mümkün hale gelmekte: Mühendisimiz : 

“ Geliştirilen elektrotlar, şu anda süper kondensatörlerde kullanılmak üzere üretilen ticari elektrotlarla karşılşaştırıldığında yaklaşık % 75 daha fazla enerji tutuyor. ” diyor ve ekliyor:

“Gelecekte otomobillerdeki akülerin, otomobilin ilk çalıştırıldığında oluşacak gerilim piklerinin önüne geçebilmesini için klima, navigasyon sistemleri, ayna vb. donanımların denetimi için gereken enerjiyi üzerine alarak akülerin yükünü hafifletme görevini üstlenecek  ve pozisyon itibarı ile dağınık durumda olan çok sayıda süper kondansatörlerle birleştirileceği beklentisinden yola çıkıyorum. Bu sayede aküler daha da küçülebilecek” 

Yeni teknolojiler tanıtabilmek adına, bu depolama aygıtlarının bir prototipini geliştirdi. Otomobil aynasına takılarak istenen pozisyonu ayarlamada ihtiyaç duyulan enerjiyi güneş enerjisinden elde ederek depolayacak. 

Nano- Işık Kuleleri

Fiber kablolalar, evinde internet bağlantısı olan çoğu kişinin iyi bildiği gibi veri aktarımında bir atlama taşıydılar. Veri indirmeleri daha hızlı, izlenen filmler duraklamadan izlenir hale geldi ve bu konudaki temel çalışmalar için 2009 yılında Nobel Fizik ödülü verilmesi çok isabetli ve adilane bir karar oldu. 

Fiber optik kablonun üstün yönü: İnternet sitelerini ve filmleri kullanıcıya ulaştırmakta aeskiden bakır kablolarla olduğu gibi elektronlardan değil elektronlardan faydalanması. 

Buna karşılık, fiber kablolar artık standart bir ürün haline gelmiş iken, bilgisayarlar hala bakır üzerinde akan elektronlar temelinde çalışmaya devam etmekte. Bilgiyi taşıyanlar elektronlar. 

Günümüzdeki Işık Kaynakları Hala Çok Büyük.

Öyleyse bilgisayar çiplerinde neden ışık sinyalleri kullanılmıyor? Bir sorunumuz var: Böylesi bir işlem için uygun ışık kaynaklarımız yok. Bilinen varyantlar günümüzdeki çiplerde kullanılmak için gereğinden fazla büyük . Bilim insanları bu yönde bir adım attılar oysa ki. 

Hollanda Eindhoven Üniversitesindeki araştırmacılar yanal ebatları insan saç telinin yaklaşık yüz kat daha küçük olan bir nano-ışıkkulesi tasarladılar. Söz konusu ışık yayan led (LED) bilinen ışık kaynaklarından 1000 kez daha verimli. 

Elektron mikroskobu ile alınmış bir fotoğrafını veriyorum:

Nano- Işık Kulesi 

Kulenin yanal uzunluğu 350 nanometre civarında ve uzunluğu da bunun üç katı kadar. Işık i-InGaAs olarak tarif edilen bir bölgeden yayılıyor . Bu bölge İndiyum, Galyum ve Arsenik’ten meydana gelmiştir. 

Işık üretimi, şu anda piyasada satılan Led ampüllerde olduğu gibidir. Buna karşılık yayılan ışık çıplak gözle görülmez. Infraruj olarak yayılan bir ısı yayılması söz konusudur. 

Araştırmacılar Sinyalleri Dönüştürmeyi Başarıyor. 

Nano-ışıkkulesi elektron mikroskobunda köşeli yükselti olarak gözlemlenen bir dalgakılavuzu üzerinde bulunmaktadır. Bu sayede araştırmacılar elektronik sinyalleri nano-ışıkkulesine göndermeyi başarabildiler. Işık kulesi de bu sinyali ışığa dönüştürerek göndermeyi gerçekleştirdi. Bu dönüştürme işlemi şimdiye kadar ki dönüşümlerden çok daha verimli gerçekleşti. 

Ayrıca araştırmacılar ışık kaynaklarının çok hızlı sinyallere de tepki verebildiklerini gözlemlediler. Böylece bu yapının günümüzün çok hızlı elektronik devrelerine uyum gösterebilir olduğu anlaşıldı. 

Bu kulelerin çoğunun sadece eksi 260 celsius derece gibi çok düşük sıcaklıklarda düzgün çalışabildiğini ve bu nano kulelerin günümüz çip teknolojisi için hala çok büyük olduğunu belirtmekte fayda var.

Foveal Nanokameralar (Kartal Gözlü )

Daha ufak kameralar ile daha yüksek çözünürlüklü fotoğraflar. Alman araştırmacılar dört mercek kullanarak çok yüksek çözünürlüğe sahip bir kamera tasarladılar. Tıp alanından böcek şeklindeki dronlara kadar Pek çok kullanıma sahip bu kameraları biraz anlatalım:

Nanokamera için model olarak kartal gözü kullanıldı: Stuttgartlı araştırmacılar dört adet çiftli mercek/lens kullanarak geliştirdikleri nanokamera ile görüntünün merkez ekseninde çok yüksek bir çözünürlük elde etti. Stuttgart üniversitesinde geliştirilmiş olan 3D (3 boyutlu) baskı tekniği yardımıyla nanocihaz (lens yapısı) bir imaj sensörün üzerine yerleştiriliyor. Alois Herkommer ve Harald Giessen’in öncülük ettiği ekip, “Science Advances” dergisinde yeni geliştirdikleri kamerayı tanıttılar.

Araştırmacılara göre; bazı memeli hayvanların retina bölgesinde, hayvana özellikle üst düzeyde bir görme kabiliyeti kazandırabilen bölgeler var. İnsanlar Fovea Centralis’ten okuma esnasında yararlanmakta. Kartallar ve diğer yırtıcı kuşlar , kendilerine çok yüksek bir noktadan yerde bulunan fare vs gibi avlarını izleyebilme yeteneği kazandıran görme çukurlarına(Foveae ) sahipler. Aynı şekilde dronkameraları ,robotik görme, Otomatik sürüş özelliğine sahip otomotivlerin görsel sensörleri veya farklı türlerdeki hareketli sistemler gibi teknik uygulamalar , görüş sahalarının merkezindeki bu yüksek çözünürlükten yararlanmaktadır.

Cmos İmaj Sensörü Üzerine Düşen Foveal Görüntü 

Mini kamera yanyana dizilmiş dört adet çift lensten ibaret. Bu lenslerin her birinin odak (fokal ) mesafesi bir diğerinden farklı. 35 milimetre bir kamerada uygulanacak olursa bu mesafeler sırası ile 31,38, 60, 123 mm olur. Artan odak mesafesiyle görüntünün daha ufak bir kısmına odaklanılır ama bu görüntü imaj sensörün aynı büyüklükteki bir alanının üzerine düşürülür. Böylelikle bu görüntüyü oluşturan kısmın çözünürlüğü artmış olur. Kameranın elde ettiği dört resim özel bir yazılım ile birleştirilir. En yüksek çözünürlüklü olan resim ortada kalır ve diğer üçü eşeksenli daireler halinde dışa doğru yayılır. 

Bu kameranın bir diğer ilgi çekici özelliği ise üretimindedir. Çiftli lendler bilgisayar programı vasıtası ile şekillendirildikten sonra, çift foton litografisi ile üç boyutlu olarak imal edilir. Bu imalata esas yöntemde bir lazer ışığından alınan çift foton, ilk olarak sıvı durumunda olan plastik esaslı malzemeyi sertleştirmek için gereklidir. Bu ise lazer ışınının odak noktasında gerçekleşmektedir. Odak noktası en son teknikler kullanılarak o derece incelikli bir şekilde kontrol edilmektedir ki ebatları birkaç nanometre (milimetrenin milyonda biri ) yi aşmayan yapılar üzerinde çalışmak mümkün olabilmektedir. Plastik esaslı malzemenin iş görmeyecek olan sertleştirilmemiş kısımları üç boyutlu yazıcıyla yapılan baskının ardından parçadan uzaklaştırılmaktadır. 

İmaj sensörlerin çift mercekli üzerindeki alanı sadece 300x300 mikrometre büyüklüğündedir. Tıp tekniğinde uygulama sahası bulacağı düşünülen bu kameralarla neler yapılabilir ?:

Işık taşıyan bir fiber kablonun ucuna yerleştirildiğinde, nanokameralarımız çok küçük ve narin bir endoskopi aleti olarak iş göreceği şeklinde bir öngörü söz konusu. Böceklerden daha büyük olmayan dronlarda böylesi küçük kameralara ihtiyaç duyulacağı düşünülüyor ayrıca. Şu an için görüntü işleme ile ilgili olarak bilhassa daha gelişmiş algoritmalardan faydalanılarak yapılacak bir takım iyileştirmelere ihtiyaç duyulduğu muhakkak. Diğer taraftan araştırmacılar bu kameraların çözünürlüklerini daha da geliştiribilmeyi ümit ediyor ve ekliyorlar:

“Görüntü sensörleri şu an için bu sistemi kısıtlayan en önemli bileşenler”

Esneyebilir Tranzistörler

Sensör görevi gören bir kol bandı, esneyebilir göstergeler veya akıllı implantlarda bükülebilir elektronik modüllerin kullanılmasına ihtiyaç duyulur. Bu problemlerin çözümü için şimdilik araştırmacılar katlanabilen veya dalgalı bir yüzeye sahip olan dolayısıyla esneklik gösterebilen taşıyıcı malzemeler üzerine sabit devreler kurmakla yetiniyorlar. Kaliforniyada bulunan bir araştırma grubu esneyerek sahip olduğu yüzeyin iki katı büyüklüğe ulaşabilen ve bu sırada elektriksel işlevlerini yine ilk şekliyle devam ettirebilen transistör geliştirdi. Söz konusu grup, Science dergisinde bir parmağın hareketlerini tıpkı bir sakız gibi takip edebilen ilk prototipi bilim dünyasına sunmuş bulunuyorlar. 

Standford Üniversitesinde İçerisine  Tranzistörler Entegre Edilmiş Esneyebilir  Polimer Malzeme Üretildi. 

Stanford üniversitesinden Zhenan Bao “Polimerlerden oluşturulan esnek tranzistörlerle , yumuşak ve istenilen üç boyutlu şekli verebileceğimiz entegre devre ve sensörler üretebileceğiz.” diyor. Kendisi, grubunun uzun zamandır esnek tranzistör üretebilmenin yollarını araştırıp durduğunu da ilave diyor sözlerine. Polythiophene sınıfından organik bir polimer kendileri için sıçrama noktası olmuş. Ekip bu malzemeyi çok ama çok ince , birkaç nanometre inceliğindeki lifler halinde polimerize etmiş. Sonra da bu yarı iletken lifçikleri , “Polimer Nanosığdırma “ ismi verilen özel bir teknik vasıtası ile incecik, şeffaf ve çok esnek bir Polystyrol Blokpolimer filme sığdırmayı başarmış. Bao ve ekibi, bu kompozit malzemeden minik karbon nanotüplerinden imal edilen elektrik kontaklarıyla son halini verdikleri alan etkiki tranzistörleri tasarlamışlar. Bu devre elemanını kullanarak araştırmacılar tek bir ledi sürebilecek kadar güçlü devreler oluşturabildiler. Bu incecik sürücü modülün yüzeyi iki katına kadar genişleyebiliyor ve herhangi bir kuvvete ihtiyaç duymadan yine eski halini alıyor. Bu esneme hareketi devrenin elektriksel kabiliyetlerine zarar vermiyor. Hem gergin hem de normal durumda farketmeksizin iyi bir iletkenliğe sahip olmayı da sürdürüyor. 

Olası uygulama sahaları hakkında bir fikir vermesi açısından, araştırma ekibi, bu esneyebilir modülü bir parmak eklemine yapıştırdı. Ne kadar bükülürse bükülsün, eklem yerindeki modül kendisine bağlı ledi düzgün şekilde sürmeyi sürdürdü. Bu temel üzerinde geliştirilen daha karmaşık devrelerle esnek sensörler ya da esnetilebilen ekran filmlerinin piksellerinin kontrolü gerçekleştirilebilecek gibi görünüyor. Yine de herkes sayıları yüzlerle değil belki binlerle ifade edilen gerilme-ilk haline dönme döngülerinin pratiğe dönüşebilmesi için , bükülebilir tranzistör yüzeylerinin her halükarda daha dayanıklı olması gerektiğinin bilincinde.

Nanotitanyumdioksit (TiO2 ) & Nanoçinkooksit (ZnO)

Nanotitanyumdioksit & Nanoçinkooksit 

Büyüklükleri bir kaç yüz nanometreyi aşmayan Titanyumdioksit ve çinkooksit parçacıkları özellikle ağartma ve yiyeceklerin ömürlerini uzatmada kullanılan gıda katkılarıdır. Daha küçük ebatlardaki nanoparçacıklar, antibakteriyel özellik sağlayan katkı maddesi olarak gıda paketleme ve saklama kaplarında kullanılırlar. Kozmetikte bu ikisi, ultraviyole ışınımlardan korunma amaçlı olarak kullanılırlar. Nanotitanyumdioksit halihazırda , nano gümüşlerin yanı sıra karşımızaen çok çıkan nano yapıtaşlarından biridir.

Güneş Kremlerinde Ultraviyole Işınımlara Karşı Korumada Kullanılan  Nano Çinko Oksit Toz Halinde

Hayvanlar üzerinde yapılan deneyler sonucunda, yüksek doz alınması halinde nano titanyumdioksitin akciğer kanserini tetiklediği gözlemlenmiştir.  Dünya Sağlık Örgütüne bağlı Uluslararası Kanser Araştırma Ajansı bu malzemeyi kansere neden olabilen malzemeler sınıfına sokmuştur.  Özellikle fareler üzerinde gerçekleştirilen deneylerde nano titandioksitin hamile farelerde yavrulara geçtiği ve bu aktarım sonucunda bilhassa beyin vc sinir sistemi üzerinde ciddi hasarlara sebebiyet verdiği gözlemlenmiştir.  Erkek yavrularda ilerleyen dönemlerde sperm üretiminde ciddi azalmalar tespit edilebilmiştir.  Bundan başka nano titanyumdioksit  özellikle ultraviyole ışığa maruz bırakıldıktan sonra algler ve su pireleri ki  korunmuş bir ekolojik sistemin en önemli göstergelerinden biridir,  için zehirli hale gelmektedir. 

Nano çinkoksit de aynı şekilde alglere ve su pirelerine zehirli bir etkide bulunabilirler. Farelerin beslenmeleriyle ilgili olarak yapılan bir deneyde,120 nanometre büyüklüğündeki çinkooksit parçacıklarının karaciğer, mide , kalp ve dalak üzerinde zararlı etkilerinin olduğu ispatlanmıştır.  19 nanometre büyüklüğündeki çinkooksit parçacıklarının çok düşük bir dozu bile insan ve fare hücreleri üzerinde zehirli(toksik ) etkilere sahiptir. 

Değişik bilimsel çalışmalarbu iki bileşiğin fotoaktif  özellikte olduğu ve serbest radikaller üretebildiği  sonucuna ulaşılmıştır.  Bu bahsettiğimiz etkenler, özellikle cildimizin  ultraviyole ışınıma maruz kalması  durumunda hücrelerimizi DNA'sı  üzerinde ,   zararlı etkiler meydana getirebilirler. 

Moleküler Elektronik

Çeviri : http://de.wikipedia.org/wiki/Molekularelektronik

Moleküler elektronik mikroelektroniğin daha da geliştirilmiş bir şeklidir. Tekil yapıtaşları, moleküllerin içindeki atomik karşılıklı etkileşimler vasıtası ile gerçekleştirilir.

Moleküler elektronik kavramı,şimdiye dek pek çok makalede, fulleren (elektromekanik kuvvetlendirici ) benzeri konjuge organik ve anorganik moleküllerin yanında ,örneğin karbon nanotüp (mesela lojik devrelerdeki tranzistörün gördüğü işi görür) gibi nanoyapılar veya „nanotel ( tranzistör,nanosensör veya nanoled görevi gören )şeklindeki tek boyutlu kristalize metalik yarıiletkenler de “ moleküler ölçekteki öğeler „ tanımı içerisinde yer bulacak şekilde ele alınmıştır. Bu geleneksel yaklaşıma göre, Moleküler elektronik kavramını belli bir kategorizasyona tabii tutacaksak, bu durumda moleküler karakter değil , sadece, kendi başına bir işlev görebilen tekil nanoölçekli elementlerin varlığı belirleyici olmaktadır. Aşağıda, konunun kısaca ele alınışı sırasında kullanılan referans ve örnekler, elektronik sahasında kullanım olanaklarını gösterebilmesi adına organik moleküllere atıfta bulunmaktadır.

Monomoleküler Elektronik

Bu alanda her bir tekil molekülün işlevsel bir öğe özelliğe sahip oluşu göze çarpar. Mono (tekil) moleküler elektroniğin gelişimi , elektronik yarı iletken sistemlerinin üretimindeki minyatürleştirme trendi bağlamında yer almakta ve aşırı minyatürleştirilmiş nano elektronik hedefini yakalamaya çalışmaktadır.

Bu güne dek gerçekleştirilen ve monomoleküler sahada işlev gören en önemli öğeler içerisinde, moleküler teller, anahtarlar(örneğin bilgi depolamada) diyotlar veya kuanta noktaları arasında bulunan moleküler spin kanalları vardır. Tekil moleküllerin temaslandırılmasında kullanılan ve göze çarpan önemli tekniklerden, işlevsel hale getirilmiş atomik kuvvet mikroskop (atomic force microscopie ) uçları ile tünnel etki mikroskop uçları karşıt elektrotlar olarak vazife gören Tarayan Sondalı Mikroskopi (scannig probe microscopie ) ile Kopma Bağlantısı (break junction ) veya iki elektrot katmanı arasındaki tek katmanların kendiliğinden tümleşmesi (self –assembly ) gibi teknikler ilk akla gelenlerdir. 

Molekülerüstü Elektronik 

Bu alanda, sınırlı ve kovalent olmayan molekül gruplarının herbirinin tek tek işlevsel birim olarak davranmaları göze çarpar. Moleküllerin iletken molekülerüstü birim halinde kendiliğinden tümleşmesi stratejisi, nanoelektronik yapıların üretiminde hiyerarşik olarak aşağıdan yukarıya yaklaşımı çerçevesinde ele alınır ve bu türden farklı yaklaşımlarda da bulunulabilir.

Bu yaklaşımlar arasında , doğrudan kendiliğinden tümleşme yanında , alt kısımların nihai tümleşmesi, , hiyerarşik kendilliğinden tümleşme ,veya farklı moleküllerin, mekanik olarak birbirlerine geçmiş molekülerüstü birim olarak kendiliğinden tümleşmesi vb yaklaşımlar sayılabilir.

Elektronik yönden aktif molekülerüstü birimlerin üretiminde göze çarpan farklı yaklaşımlar, elektriksel olarak iletken olan molekülerüstü kolonların esas olarak ayrı ayrı işlevselliğe sahip bulunduğu kolonsu fazda (columnar phase) sıvı kristal oluşumuna dayanır.

Bu yaklaşımlardan biri örneğin, işlevsel hale getirilmiş Hexabenzocoron“ ların, birbirlerinden tamamen ayrılmış iletken kolonlara dönüştürüldüğü kendiliğinden tümleşme yaklaşımıdır.