ODTÜ Araştırmalar Koordinatörlüğü'nün Yrd. Doç. Dr. H. Emrah ÜNALAN ile gerçekleştirdiği söyleşinin İngilizce ve Türkçe metni aşağıda sunulmuştur.
Interview with Assist. Prof. Dr. H. Emrah Unalan
Q: Thank you very much for accepting to make this interview. Could we start with your academic career; how you have chosen this department and then specified on the field of nanotechnology?
Dr. H. Emrah Ünalan: I would also like to thank you for inviting me to this interview. My choosing this department goes back to the nationwide university entrance examination where I got accepted to Department of Metallurgical and Materials Engineering at METU. The reason I like this major is that it is quite interdisciplinary and applicable to any type of engineering major in addition to basic sciences like physics and chemistry. List of things you can work on with the broad background you get in this field include but not limited to ceramics, polymers, metals, composites and advanced materials like biomaterials, electronic materials, nanomaterials.
I got into this department in 1997, it took me five years and I have graduated in 2002. At the same year, I got accepted to Department of Materials Science and Engineering at Rutgers University in United States for PhD degree with research assistantship. I worked on carbon nanotubes with my advisor Prof. Manish Chhowalla and I got my PhD degree in 2006. Immediately after, I have moved to Department of Electrical Engineering at University of Cambridge in England for my post doctoral studies under the supervision of Prof. Gehan Amaratunga. There, the first project I got involved with was supported by Samsung to develop nanoscale materials for electronics. In my second year, 2008, I have started working as a part of joint project between Cambridge University and Nokia on developing flexible mobile phones. Our group involved with the battery component and we were working on flexible batteries for the mobile phones. I then quitted my job in Cambridge towards the end of 2008, and got my current position in Metallurgical and Materials Engineering Department at METU.
And when it comes to the specialization in nanotechnology; it is the revolution in materials science, this is how I call it. The properties of materials do change a lot when you decrease their size and this fascinates people including myself. A lot of effort is devoted all over the world on producing nanomaterials, understanding their properties and exploring their applications. Nanomaterials were out there for dozens of years; however, it is only until recently we developed tools to observe and characterize them. I have involved a bit with nanotechnology when I was an undergraduate here in this Department during my graduation project in my senior year. I was trying to make nanopowders to measure their hydrogen storage properties. Then, I have literally involved with nanotechnology during my PhD studies and afterwards. I was working on nanotubes and nanowires during my time in Rutgers and Cambridge, respectively. I would also like to add that my experience coincides with the Turkey’s growing effort on nanotechnology and I am quite happy to take part in that.
Q: Since you have been on abroad for while, how do you perceive Turkey’s position now on the field of nanotechnology? When you compare the situation in 2002 and in 2008, or now, how do you evaluate? Is there a remarkable progress in the quantity and quality of researches conducted at universities, centers or industry?
It is actually a good question. I would like to give an example for that change in METU. In 2002 as I said, I was doing some research and therefore I was using laboratories in our Department. Then, I got back to here in 2008 and I got the opportunity to witness the change within that six years. The amount of research would have increased exponentially. What I mean by research is facilities, number of thesis published, number of projects signed, number of papers published etc. This is much probably related to the number of available funds to researchers and I believe back in the beginning of 2000s these funds was not that much in number and in magnitude as they are today. And I believe this is not only happening in the field of nanotechnology.
I should also add that the Central Laboratory that we have here in METU, which was founded in late 2004, means a lot to us. It is very difficult to have the entire infrastructure required for your project available to you in your laboratory. This is where the Central Laboratory comes in to the picture, because a lot of characterization facilities are available for us there. This not only minimizes the cost of analysis; but also saves time since we do not need to send samples elsewhere for measurement.
In such an environment, the first question that I ask to students those of which who would like to have an academic life and get a graduate degree abroad is: “Why you want to go abroad?”. Our facilities in METU are similar to the ones all across the world and we have equal opportunities and conduct same level of research with most of the institutions in US, Europe and Asia. So, the students have to first convince me on what the driving force is for them to go abroad. Otherwise, they could stay here at METU, get their masters degree and would then decide upon getting their PhD degree here or elsewhere.
Q: It seems important to highlight that students should be aware of their purpose in deciding to go abroad for graduate studies. As far as I understand, you are critical about going abroad for just for doing so while we have the same infrastructure and equipment in Turkey. So, are you suggesting that in Turkey now, more specifically, in METU, students have more opportunities than you had at the beginning of 2000s?
That’s exactly true and I do not see any point going abroad for master’s degree. But for PhD degree and especially if an academic life is sought, the situation could be different. This is mainly derived from the fact that some universities do mind inbreeding and require a PhD degree or a post doctoral experience conducted abroad. Even such, as said, one may prefer to go abroad for post doctoral studies.
I would also like to add that when my PhD advisor came to Turkey to give a talk in a conference, he had a chance to visit our department, Central Laboratory and my laboratory. He got surprised with our infrastructure, and told me that he was not expecting this much. In fact, this was back in 2009 and I am quite happy that we further improved on that infrastructure a lot in the last 2 years.
Q: To turn back to your research, from the beginning of the PhD, which steps did you take? Which funds did you use in evolving your research?
I got funded for the first year of my PhD with a research assistantship from Rutgers University. Then from 2003 to 2006, I was funded by the startup grant of my PhD advisor. I was his first PhD student. In Cambridge, my experience was a bit different. I got involved with a very big group and a well-set laboratory. As I said, the funds for the first year came from Samsung and in the second, Nokia provided support.
Q: I would like to continue with the national funds that you got when you came back to Turkey, but let me first ask whether you have continued to work on the same specific field or you have altered your focus over time…
During my time in Rutgers, I worked on carbon nanotube thin films. I have started with the synthesis of carbon nanotubes and proceed with their purification, dispersion, deposition onto a substrate in the form of a thin film, characterization of the thin film properties and fabrication of devices using those thin films. By the time we started making carbon nanotube thin films, just a few research groups in US were working on this. However, only after 5-6 years, there are now companies producing carbon nanotube thin films in industrial scale and many other research groups involved in this research.
At this point let me introduce you carbon nanotubes. The black part of a pencil is graphite which constitutes of individual layers, called graphene, stacked on top of each other in atomic scale. If we take one of these graphene layers and roll it up to form a cylinder we end up with a carbon nanotube. The one with only one cylinder is our interest, which is called single walled carbon nanotube. Single walled carbon nanotubes have a diameter of around one nanometer, equal to billionth of a meter, and their length ranges from several hundreds of nanometers to few microns.
Fantastic electrical, optical and mechanical properties were reported using individual carbon nanotubes. I am interested in electronic devices and in order to fabricate devices with only one single carbon nanotube you need to use intense, delicate and time consuming processing steps. This makes it impractical and limits commercial applications. Our intention at that stage was to make carbon nanotube thin films in which you use thousands and thousands of nanotubes in an ensemble behavior, similar to a spider web. You end up sacrificing a bit in performance; but gain a lot in processability. This also means that one can make large area devices. Thin film fabrication process takes place almost at room temperature so then one can use flexible substrates for their deposition which would at the end allow the fabrication of flexible devices. In fact, they are also transparent. We have used carbon nanotube thin films in transistors and transparent conducting electrodes for the solar cells.
In Cambridge, I started working with nanowires. Nanowires have similar lengths with carbon nanotubes yet a bit larger in diameter. They can also be in various chemistries ranging from elemental ones to oxides and nitrides. I have started working on zinc oxide nanowires. Originating from the Rutgers experience, my intention in Cambridge was to use the thin film concept. So again, instead of using only one zinc oxide nanowire, we used a lot of them together and made zinc oxide nanowire thin film devices in the scope of the Samsung project. Zinc oxide is transparent and in the nanowire form it allows the fabrication of both transparent and flexible devices. We may realize the transparent screens in the famous movie Avatar at some point in the future; maybe even the flexible ones. Then, I got back to carbon nanotubes in my second year, where we used to develop carbon nanotube based flexible batteries for Nokia. In fact, that project is still going on.
If we get back to your question, whether I am doing exactly the same thing here in METU: I am closely following what I did for my post-doctoral work in Cambridge. Right after setting up the laboratory, we first started with the growth of zinc oxide nanowires, here in METU. Other chemistries of nanowires interest to us are silver, silicon and germanium.
Two of my projects are funded by TÜBİTAK; one of them is on the fabrication of light emitting diodes (LEDs) with zinc oxide nanowires and the second one is on nanowire enhanced solar cells. One needs to produce nanomaterials in large quantities if an application is sought. Therefore, my intention here at METU is to synthesize nanowires and nanotubes in large quantities; because, if you are going to use them in any sort of application you need a lot of them. For the production of nanomaterials, we follow two approaches. First one is the bottom-up approach, where you start with the building blocks, basically atoms, and assemble them together to produce your nanomaterial of interest. In the second approach, called top-down, bulk materials are refined down to nanomaterials using physical or chemical procedures.
One good thing with zinc oxide nanowires is that you can grow them at low temperatures in water. This makes the process really economic and scalable. If one thinks of LEDs and solar cells in the market, they are fabricated in vacuum using intricate equipments. What we intend to do in our laboratory is to use simple equipment, low temperatures and fabricate those devices even over a benchtop.
Q: There was news about your research which was about microwave…
The article that was published in the newspapers was about growing zinc oxide nanowires in a commercial microwave oven that all of us are using in kitchen. Zinc oxide nanowire growth takes place in a water solution with necessary chemicals. That solution needs to be heated up to around 90. The only disadvantage of this growth is that it takes place in hours or days. What we did is to heat up the solution in a microwave oven to decrease the time it takes to grow these nanowires. I came up with this idea while heating up my soup one day in a microwave oven at home. We found out that nanowires then grow in matter of minutes and they can be grown over large areas. We have also demonstrated that nanowires can be patterned beforehand, if further intention is to use them in devices.
Q: Will this discovery have a direct impact on people’s life, I mean will the cheap and quick growing of nanowire have implications in our daily lives?
We already use zinc oxide in powder form in very many places. List of applications include but not limited to paint, cosmetics, sunscreens and lubrication. Since it is used widely, we don’t have problems with the accessibility of the precursor chemicals for the production of nanowires. Nanowires provide advantages like single crystallinity and contain fewer or almost no defects compared to powders or thin films. This becomes important if you are making an optoelectronic device such as a solar cell or an LED. Fewer defects within the nanowires mean one could fabricate LEDs that are brighter or solar cells with higher efficiencies.
And if one could grow nanowires within the matter of minutes over large areas for these applications that could be quite advantageous. Also imagine doing this with a simple and cheap microwave oven. We are also foreseeing and investigating other applications of zinc oxide nanowires in antireflective coatings, superhydrophobic coatings and sterilization. I believe that we can grow zinc oxide nanowires on any type of surface, and then we can find applications for them. That particular application will benefit from the properties of the nanowires; that is what we are trying to establish and demonstrate here in METU.
Q: To continue from here, what are your plans in METU? You have just initiated a laboratory, what will be the following steps?
In August, it will be three years since I have moved back to METU. In these three years with the funds that I got; the two TÜBİTAK projects that I have already talked about and another one that I have involved with which is sponsored by State Planning Organization (SPO) “Center for the Solar Energy Research and Application Fund” and a couple of Scientific Research Projects (BAP) funded by METU, I and my students have tried to set up our laboratory. This includes setting up the work space, purchasing and setting up equipments etc. We are still waiting for a few more equipment that will be installed in our laboratory. Let me also remind you that we are doing experimental research. This necessitates equipment, students and consumables at a wide extent. As a following step, I will look for some industrial partners to work with, similar to my Samsung and Nokia experience in Cambridge and definitely start applying for international projects.
Q: You have said that the students are very important for conducting your research, are your students interested in these projects and working in the lab? Please tell us about your research team in METU. When you compare to the environment that you have experienced on abroad, how is the interest of student here?
In the US, it was a different experience because of being the first PhD student of my advisor. We set up everything from scratch. It helped me in the sense that I did exactly the same thing here in METU and made use of my experience I had there.
In terms of students, I am quite happy to say that there are so many students who apply to me for getting masters or PhD degree. And I believe this is because they are interested in what I am doing. For undergraduates, our department is offering a two semester, total of 3 credit course, called Undergraduate Research I and II. This is for them to get involved into laboratory work and get some hands on experience. With this intention, every year I get two to three undergraduate students working in my lab. They could work on a small portion of one of the funded projects I am conducting or they could work on something totally different in which the student is interested in. For example with one of the students we tried to extend the life of flowers using silver nanoparticles. With another student of mine, we tried to make superhydrophobic textile surfaces using zinc oxide nanowires.
Students are intelligent and enthusiastic about learning which is very motivating for me.
Figure: (a) Scanning electron microscopy image of zinc oxide nanowires and (b) hydrophobic behavior of cotton fabric with zinc oxide nanowires.
Q: How many graduate students do you have now?
In addition to Metallurgical and Materials Engineering, I am also involved with the Micro and Nanotechnology Program at METU. This allows me to attract students from both programs. I have six masters and two PhD students actively working in my laboratory. They have different backgrounds and as I say, nanotechnology is quite interdisciplinary. Some of the students are coming with physics background, some of them with chemistry background and I also would love to have students with electrical engineering or biology background. I believe this is the only way to get fruitful results at the end.
Q: So at the level of students you are encouraging interdisciplinary study. Do you also have collaborations with other departments in your projects?
Definitely! Materials science program itself is interdisciplinary. But if a student wants to go beyond that, there are double major and minor undergraduate programs available. In fact, quite a few of the undergraduate students in our department are already involved with those programs.
When it comes to graduate students, the Micro and Nanotechnology Program works in that respect. This program necessitates that the advisor and the co-advisor of the students must be within different disciplines. We are in that sense cooperating with the Physics and Chemistry Department. Physics Department is also leading the GÜNAM Project which I am also involved. We are trying to develop solar cells with silicon nanowires within the scope of this project.
For the synthesis of silicon nanowires, in literature, quite a lot of people used high temperature bottom up approaches that necessitate vacuum systems. Vacuum and high temperatures are quite costly processes. For a solar cell application, we are talking about areas of m2 to km2 of active material. Therefore, the growth method utilized needs to be cheap, easy and widely available. With that objective, we are fabricating silicon nanowires via a top-down approach using simple electroless etching method. By this method, we are not experiencing problems with the electrical properties of the nanowires, since we know the properties of our starting wafer. This is quite a big problem in bottom-up approaches. Our process takes place at temperatures lower than 50 C and is not size limited. Thus, with one shot we fabricate nanowires with the desired properties over large areas which are then used in solar cells.
Q: We have so far talked about national projects. Do you want to take part of the international projects?
Unfortunately, I missed the opportunity for the reintegration grant. This is because I have already been to Europe during my time at Cambridge.
National funds are more achievable for new researchers; international projects might then follow. Establishing the laboratory here for the last 3 years, the following step would definitely be the application to an EU project. I believe my Cambridge experience would help me a lot on finding project partners in Europe.
Q: Lastly, let me ask about being a young researcher in METU; how would you evaluate the opportunities and the defects of METU in the field of research especially for a young researcher? You have been graduated from METU but after spending time on abroad as a researcher, why did you prefer to come back to Turkey, to METU and especially to this department?
I do enjoy being a researcher here and I think I am already over the hardest part of initiating the research group. METU means a lot to me, it is like my home, where I got my bachelors degree. This is the main reason why I have got back to initiate my laboratory and a research team here. Working in close contact with your own professors is also quite encouraging and stimulating experience. METU is the right place in terms of infrastructure it provides, its reputation and vision. I feel that I am at the right place to realize my goals. And I hope to contribute positively to this environment.
We also have no problems of finding students to work with. METU is again the right place since it is good at publicizing research opportunities as well providing support during the application process. For example, I got the TÜBA-GEBİP award in 2009. I have heard about this award and a few other projects that I can apply during the Research Info Series regularly organized by METU.
Publication and performance awards and travel supports are a few other advantages that I could add. There is also an internal small start-up grant for new researchers. This has nothing compared to start-ups in US and Asia; but provides you some support at the beginning of your academic life. It provides a good starting point to initiate research. Actually, only deficiency I can think of is the absence of decent size start-up grants. This is valid not only for METU; but probably also for all the other universities in Turkey. Big start-up grants would be beneficial in the early stages of academic life.
Q: Thank you very much for accepting this interview…
Yard. Doç. Dr. H. Emrah Ünalan ile Röpörtaj
S: Röportaj talebimizi kabul ettiğiniz için teşekkür ederiz. Sorularımıza akademik kariyerinizle başlayabilir miyiz; Metalurji ve Malzeme Mühendisliğini Bölümü’ nü nasıl seçtiniz ve sonrasında nanoteknoloji alanında nasıl uzmanlaştınız?
C: Bu röportaj için ben de size teşekkür ederim. Benim bu Bölümü seçişim aslında Öğrenci Seçme ve Yerleştirme Merkezinin ülke genelinde yaptığı sınavla oldu. Metalurji ve Malzeme Mühendisliği’ nin disiplinlerarası yapısı ile fizik ve kimya gibi temel bilimlerin yanı sıra diğer mühendislik bilimlerine de uygulanabilirliği bu bölümü sevmemin başlıca sebepleri arasında. Seramikler, polimerler, metaller, kompozitler ve ayrıca biyomalzemeler, elektronik malzemeler, nanomalzemeler gibi ileri malzemeler bu bölümün çalışma alanlarından sadece birkaç tanesi.
Ben, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümüne 1997 yılında girdim ve 2002 yılında mezun oldum. Aynı yıl Amerika’ daki Rutgers Üniversitesinde Malzeme Bilimleri ve Mühendisliği Bölümü Doktora programına araştırma görevlisi olarak kabul edildim. Burada Prof. Dr. Manish Chhowalla ile beraber karbon nanotüpler üzerine çalıştım ve 2006 yılında doktora derecemi aldım. Ardından, doktora sonrası çalışmalarım için İngiltere’ deki Cambridge Üniversitesi’ nde Elektrik Mühendisliğine gittim. Burada, Prof. Gehan Amaratunga danışmanlığında çalıştım. Burada, ilk olarak Samsung tarafından desteklenen elektronik cihazlar için nanoboyutlu malzeme üretimi projesinde çalıştım. Daha sonra 2008 yılında Cambridge Üniversitesi ve Nokia işbirliğinde yürütülen bükülebilir cep telefonları projesinde çalışmaya başladım. 2008 yılı sonuna doğru ise ODTÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bölümü’ nde Öğretim Üyesi olarak göreve başladım.
Nanoteknoloji alanında uzmanlaşmaya gelince, biz nanoteknolojiyi malzeme bilimindeki devrim olarak adlandırıyoruz. Boyutları küçüldükçe malzemeler farklı davranışlar sergiliyor ve bu değişim ben de dahil birçok insanı büyülüyor. Bu değişimi gözlemlemek, uygulama alanlarını keşfetmek ve nanomalzemeler üretmek için tüm dünyada büyük bir efor harcanıyor. Nanomalzemeler aslında onlarca yıldır var ama bizim onları gözlemlememiz ve karakterize etmemiz sadece son birkaç yıldır mümkün oldu. Ben üniversite son sınıfta bitirme projem sayesinde nanoteknoloji ile tanıştım. Bitirme projemde hidrojen depolama için nanotozlar üretmeye çalışıyordum. Daha sonra doktora çalışmalarım ve sonrasında da nanoteknolojiyle hep iç içe oldum. Ayrıca, benim deneyimlerimin Türkiye’ nin nanoteknoloji konusundaki atılımıyla da örtüştüğünü belirtmek isterim. Bu oluşum içinde yer aldığım için de çok mutluyum.
S: Bir süredir yurt dışında bulunmuş bir araştırmacı olarak Türkiye’nin nanoteknoloji alanındaki yerini nasıl buluyorsunuz? 2002 ve 2008 yılları ya da günümüz bu açıdan karşılaştırılsa aralarındaki farklar nelerdir? Üniversitelerde ve endüstride yapılan araştırmaların miktarı ve kalitesi açısından önemli sayılabilecek gelişmeler oldu mu?
C: İşte bu güzel bir soru. Bu değişimi açıklamak için ODTÜ’ den bir örnek vermek istiyorum. Daha önce de söylediğim gibi 2002 yılında araştırma yapmak için Bölümümüzün laboratuvarlarını kullanıyordum. 2008 yılında tekrar Bölüme geldiğimde altı yıl içerisinde yapılan değişikliklere tanık olma fırsatım oldu. Yapılan araştırma sayısı oldukça hızlı bir şekilde artmış. Araştırma derken yayımlanan tez ve makaleleri ve imzalanan projeleri kastediyorum. Bu artışı araştırmalara ayrılan maddi desteğin miktarının ve çeşidinin artmasıyla açıklayabiliriz. Ve bu nanoteknoloji dahil birçok alanda gerçekleşiyor.
Şunu da eklemeliyim ki, ODTÜ’ de 2004 yılının sonlarına doğru kurulmuş olan Merkezi Laboratuar’ da bizim için çok önemli. Projelerimizde gerekli olan bütün cihazları ve altyapıyı kendi laboratuvarlarımızda bulundurmak çok zor. Merkezi Laboratuvarın önemi bu noktada ortaya çıkıyor; çünkü bizim için pek çok karakterizasyon cihazını barındırıyor. Böylece ürettiğimiz örnekleri başka yerlere göndermeye gerek kalmıyor; ayrıca zamandan da kazanıyoruz.
Böyle bir ortamda, akademik gelecek düşünen öğrencilere soracağım ilk soru neden yurt dışına gitmek istedikleri oluyor. ODTÜ’ de bulunan olanaklar ve araştırmalar Avrupa, Asya ve Amerika’ da bulunan pek çok üniversite ve kurumlarla aynı seviyede. Bu nedenle öğrenciler beni ilk önce yurt dışına gitme nedenleri konusunda ikna etmeliler. Aksi takdirde, öğrenciler burada kalarak yüksek lisans derecelerini alıp daha sonra doktora için yurt dışına gidip gitmeyeceklerine karar verebilirler.
S: Öğrencilerin amaçlarını belirleyip, yapmak istediklerinin farkında olarak lisansüstü araştırmalar için yurtdışına gitmeye karar vermelerinin önemine dikkat çekmek gerekiyor. Anladığım kadarıyla siz Türkiye’ de aynı altyapı ve donanıma sahipken yurtdışına yüksek lisans için gitmeye gerek görmüyorsunuz. Türkiye’ de ve özellikle ODTÜ’ de, 2000’ li yılların başlarına göre öğrencilerin daha fazla imkana sahip olduklarını mı söylüyorsunuz?
C: Bu kesinlikle doğru ve yüksek lisans çalışması için yurtdışına gitme gerekliliği görmüyorum. Fakat doktora çalışması için, özellikle akademik bir gelecek düşünülüyorsa, bu durum değişebilir. Bunun nedeni, bazı üniversitelerin akademik kariyere lisans derecesinden sonra aynı okulda devam edilmesini onaylamamaları, doktora veya doktora sonrası çalışmalarda yurtdışı tecrübesini zorunlu tutulmaları. Dediğim gibi, doktora sonrası araştırmalar için yurtdışı düşünülebilir.
Şunu da eklemek istiyorum. Doktora danışmanım bir konferansa katılmak için Türkiye’ye geldiğinde Bölümümüzü, Laboratuvarımı ve Merkezi Laboratuvarı görme fırsatı olmuştu. Sahip olduğumuz altyapıyı gördüğünde oldukça etkilenmiş ve bana bu kadarını beklemediğini söylemişti. Nitekim bu bahsettiklerim 2009 yılında gerçekleşti ve memnuniyetle şunu söyleyebilirim ki sonrasındaki 2 yılda sahip olduğumuz bu altyapıyı oldukça geliştirdik.
S: Araştırmalarınıza dönecek olursak, doktoranızın başından itibaren hangi adımları attınız? Çalışmalarınız için hangi kaynakları kullandınız?
C: Doktora çalışmamın ilk yılında araştırma görevlisi olarak Rutgers Üniversitesi tarafından desteklendim. 2003 yılından 2006 yılına kadar danışmanımın ilk doktora öğrencisi olduğum için kendisinin teşvik bursundan faydalandım. Cambridge’ de ise durum biraz daha farklıydı. Orada iyi donanımlı bir laboratuvarda çok büyük bir grubun içinde yer aldım. Daha önce de bahsettiğim gibi ilk yıl Samsung ikinci yıl ise Nokia desteği ile çalıştım.
S: Türkiye’ye döndükten sonra size sunulan ulusal destekleri sormak istiyorum ama öncelikle çalışmalarınıza aynı konuda mı devam ediyorsunuz yoksa zaman içinde ilgi alanlarınız değişti mi?
C: Rutgers Üniversitesi’ nde karbon nanotüp ince filmler üzerinde çalıştım. Çalışmalarıma öncelikle karbon nanotüplerin üretimi ile başladım ve sonrasında onların saflaştırılması, çözeltiye alınması, altlıklara ince film şeklinde kaplanması, ince film özelliklerinin incelenmesi ve bu filmler kullanılarak çeşitli elektronik cihazların üretimiyle devam ettim. Bizim karbon nanotüp ince filmler üzerinde çalışmaya başladığımız dönemde Amerika’ da sadece birkaç araştırma grubu bu konu üzerinde çalışıyordu. Takip eden 5-6 yıl içerisinde endüstriyel ölçekte karbon nanotüp ince film üreten şirketler kuruldu ve birçok araştırma grubu bu konudaki çalışmalara dahil oldu.
Bu noktada size karbon nanotüplerden bahsetmek istiyorum. Kurşun kalemlerdeki yazmak için kullandığımız siyah kısım grafittir. Grafit, atomik ölçekte birbiri üstüne istiflenmiş grafen isimli katmanlardan oluşmaktadır. Bu grafen katmanlarından birini alıp silindir şeklinde yuvarlarsak karbon nanotüp elde etmiş oluruz. Bizim ilgi alanımıza giren bu karbon nanotüplerin tek katmanlı olanları ve bunlara tek duvarlı karbon nanotüpler diyoruz. Tek duvarlı karbon nanotüpler yaklaşık bir nanometre çapa ve birkaç yüz nanometreden birkaç mikrona kadar boya sahip olabilmekte. Bu arada, nanometre bir metrenin milyarda birine deniyor.
Karbon nanotüpler kullanarak harika elektriksel, optik ve mekanik özelliklere sahip malzemeler üretildi. Ben daha çok elektronik cihazlarla ilgileniyorum. Sadece bir tane nanotüp kullanarak bu cihazları üretebilmek için masraflı, hassas ve zaman alan işlemlere ihtiyaç duyulmakta. Bu durum tek bir nanotüp içeren cihazları elverişsiz kılarak ticari uygulamalarını kısıtlamakta. Bizim çalışmalarımız binlerce nanotüpü kullanıp, onları örümcek ağı gibi bir araya getirerek karbon nanotüp ince filmleri üretmek üzerineydi. Bu, performanstan bir miktar fedakarlık edip işlenebilirliği oldukça artırıyor. Ayrıca bu durum geniş alanda cihazlar yapılabileceği anlamına da gelmekte. İnce film üretiminin oda sıcaklığında gerçekleştirilmesi esnek altlıkların da kullanılmasına ve esnek cihazların üretilebilmesine imkan vermekte. Ayrıca karbon nanotüp ince filmler şeffaf. Biz karbon nanotüp ince filmleri transistörlerde ve güneş gözelerinde kullandık.
Cambridge Üniversitesi’ nde çalışmalarıma nanoteller ile devam ettim. Nanotellerin boyları karbon nanotüplerle neredeyse aynı ancak çapları nanotüplerden daha kalın. Nanoteller saf, oksit veya nitrit kimyalarında üretilebilmekte. Amerika’ da edindiğim tecrübe ile Cambridge Üniversitesi’ nde de ince film teknolojisi üzerinde çalışmalarıma devam ettim. Samsung projesinde tek bir çinko oksit nanotel kullanmak yerine bir çoğunu bir arada kullanarak çinko oksit ince film cihazlar ürettik. Çinko oksit şeffaf bir malzeme ve nanotel şeklinde iken hem şeffaf hem de esnek cihaz üretimine olanak sağlıyor. Ben inanıyorum ki gelecekte bir gün Avatar filmindeki gibi şeffaf ekranlar üretebileceğiz ve hatta bu ekranları esnek de yapabileceğiz. Cambridge Üniversitesi’ nde ikinci yılımda tekrar karbon nanotüp çalışmalarıma geri döndüm. Hala devam etmekte olan bu projede Nokia için karbon nanotüp temelli esnek piller ürettik.
Sorunuza geri dönecek olursam, ODTÜ’ de daha çok doktora sonrası Cambridge Üniversitesi’ nde yaptığım çalışmalarımı yakinen takip etmekteyim. ODTÜ’ deki Laboratuvarımızı kurduktan sonra ilk olarak çinko oksit nanotellerin üretimine başladık. Şimdi ise çinko oksit nanotellerin yanında gümüş, silisyum ve germanyum nanotelleri başarılı bir şekilde üretebiliyoruz.
Projelerimden ikisi TÜBİTAK tarafından desteklenmekte; bunlardan biri çinko oksit nanotelleri kullanarak ışık yayan diyotların (LED) geliştirilmesi, diğeri ise nanoteller ile geliştirilmiş güneş gözesi üretimi. Nanomalzemeleri bir uygulama için kullanmak isteniyorsa nanomalzemeler oldukça yüksek miktarda üretilmelidir. Biz de bu sebeple ODTÜ’ de nanotelleri ve nanotüpleri bol miktarda üretmeyi amaçlıyoruz. Nanomalzemelerin üretimi için iki farklı yol takip ediyoruz. Birincisi aşağıdan-yukarı doğru olan yaklaşım. Bu yöntemde atomlar birleştirilerek istenilen nanomalzeme üretilebiliyor. Yukarıdan-aşağı isimli ikinci yaklaşımda ise fiziksel ve kimyasal yöntemler kullanarak hacimsel malzemeler küçültülerek nanomalzemeler üretilmektedir.
Çinko oksit nanotellerin önemli özelliklerinden biri düşük sıcaklıkta ve su içinde üretilebilmesi. Piyasadaki LED’ ler ve güneş gözelerinin üretiminde vakuma ihtiyaç duyan karmaşık sistemler kullanılmakta. Biz ise Laboratuvarımızda düşük sıcaklıkta basit yöntemlerle bu cihazların üretimini gerçekleştirmeyi amaçlamaktayız.
S: Gazetelerde mikrodalga ile ilgili araştırmalarınız hakkında haberler vardı…
C: Gazetelerde yayımlanan haber, hepimizin mutfaklarımızda kullandığımız mikrodalga fırın içerisinde büyütülebilen çinko oksit nanoteller ile ilgiliydi. Çinko oksit nanotel üretimi gerekli kimyasallarla hazırlanan sulu çözelti içerisinde belirli bir süre bekletilerek gerçekleştiriliyor. Bu çözeltinin 90°C sıcaklığa ısıtılması gerekiyor. Bu üretim yönteminin tek dezavantajı, saatler ya da günler sürüyor olması. Bizim yaptığımız, nanotellerin büyüme zamanını düşürmek için çözeltiyi mikrodalga fırında ısıtmaktı. Bu fikir, birgün evde mikrodalga fırın kullanırken aklıma geldi. Nanotellerin geniş alanlarda ve birkaç dakika gibi kısa sürelerde üretilebildiğini bulmuş olduk. Ayrıca, cihazlarda kullanım amaçlanırsa nanotellerin önceden desenlenebileceğini gösterdik.
S: Bu buluş insanların yaşamında doğrudan bir etkiye sahip mi? Yani bu ucuz ve hızlı büyüyen nanoteller günlük yaşantımızda yer alacak mı?
C: Toz halindeki çinko oksit’ i zaten birçok yerde kullanıyoruz. Kullanım alanlarından bazıları boya, kozmetik ve güneş kremleri olarak listelenebilir. Yaygın kullanımından ötürü, nanotellerin üretiminde kullanılan kimyasallara erişimde herhangi bir problem yaşamıyoruz. Nanoteller tek kristalli yapıya sahip olması ve toz ya da ince filmlere göre daha az iç yapı hatasına sahip olmaları açısından avantaj sağlamakta. Bu özellikler, güneş gözeleri ya da LED’ ler gibi cihazların üretimi sırasında önem kazanmakta. Nanotellerin az sayıdaki iç yapı hatası, daha parlak LED’ lerin ya da daha yüksek verimlilikteki güneş gözelerinin üretiminini mümkün kılacaktır.
Nanotellerin kısa sürede geniş alanlar üzerinde üretilebilmesi bu uygulamalar açısından çok avantajlı. Ayrıca bunun basit ve ucuz bir mikrodalga fırın ile gerçekleştiğini düşünün. Bununla birlikte, yansıtmayı önleyici kaplamalarda, suyu sevmeyen kaplamalarda ve sterilizasyonda çinko oksit nanotellerin diğer uygulamalarını öngörüyor ve araştırıyoruz. Ben inanıyorum ki, çinko oksit nanotelleri her çeşit yüzey üzerinde üretilebilir ve bu yapılara farklı uygulamalar bulabiliriz. ODTÜ’ de bizim yapmaya çalıştığımız, nanotellerin özelliklerinden faydalanarak farklı uygulamalar geliştirmektir.
S: Buradan devam etmek gerekirse ODTÜ deki planlarınız nelerdir? Laboratuvarınızı yeni kurdunuz sizin için bir sonraki basamak nedir?
C: Ağustos ayında ODTÜ’ ye döneli tam olarak 3 yıl olmuş olacak. Bu üç yıl içerisinde aldığım projelerle, daha öncede bahsetmiş olduğum iki TÜBİTAK projesi, Devlet Planlama Teşkilatı (DPT)’ nın Güneş Enerjisi Araştırma Merkezi (GÜNAM) projesi ve iki tane de ODTÜ’ nün tahsis ettiği Bilimsel Araştırma Projesi (BAP) bütçesi ile ben ve öğrencilerim Laboratuvarımızı kurmaya çalıştık. Bu süreç çalışma alanını planlayarak araç ve gereçleri temin etmeyi kapsamakta. Hala birkaç ekipmanın gelmesini bekliyoruz. Şunu da hatırlatmak isterim ki biz deneysel çalışıyoruz bu nedenle pek çok ekipmana, kimyasala ve öğrenciye ihtiyacımız var. Çalışmalarımızdaki bir sonraki aşamada Cambridge’ deki Samsung ve Nokia projelerim gibi birlikte çalışabileceğim endüstriyel ortaklar arayacağım.
S: Araştırma yapmak için öğrencilerin çok önemli olduğundan bahsetmiştiniz, öğrencileriniz bu projelerde ve laboratuvarda çalışmaya ilgi gösteriyor mu? Bize ODTÜ’ deki çalışma ekibinizden bahsedebilir misiniz? Yurt dışındaki deneyimlerinizle kıyaslayacak olursanız buradaki öğrencilerin ilgisini nasıl buluyorsunuz?
C: Amerika’ daki deneyimlerim İngiltere’ dekinden farklıydı çünkü danışmanımın ilk doktora öğrencisiydim ve herşeyi neredeyse sıfırdan kurduk. Bu deneyimler bana ODTÜ ’de de aynı şekilde sıfırdan başladığım için çok yardımcı oldu.
Öğrencilere gelecek olursak, benim danışmanlığımda çalışıp yüksek lisans ve doktora derecesi almak için birçok öğrencinin başvurduğunu dile getirmekten mutluluk duyuyorum. Bunun benim çalışma konularımın ilginç olmasından kaynaklandığını düşünüyorum. Bölümümüz lisans öğrencileri için toplamda 3 kredilik Lisans Araştırması I ve II isminde iki dönemlik bir ders sunuyor. Bu ders öğrencilerin laboratuvarla etkileşim halinde olmasını ve el becerisi kazanmasını sağlıyor. ODTÜ’ de bunu yapan belki de tek Bölüm bizimkisi. Bu amaçla her yıl 2 ya da 3 lisans öğrencisi Laboratuvarımda çalışıyor. Bu öğrenciler, yürütüyor olduğum projelerin küçük bir kısmında ya da ilgi duydukları bambaşka bir konu üzerinde çalışabiliyor. Örneğin bir öğrencimle gümüş nanoparçacık kullanarak çiçeklerin ömrünü uzatmayı denedik. Bir diğer öğrecimle ise çinko oksit nanotel kullanarak suyu sevmeyen kumaş yüzeyleri yapmayı denedik. Öğrenciler çok yetenekli ve öğrenmek için heyecanlılar; bu da beni son derece motive ediyor.
Yukarıdaki resimlerden (a) elektron mikroskopu kullanılarak çekilmiş çinko oksit nanotelleri ve (b) tekstil parçası üzerinde üretilen çinko oksit nanotellerin suyu sevmez davranış göstermesini (b) sergiliyor.
S: Şu anda kaç tane lisansüstü ve doktora öğrenciniz var?
C: Ben, Metalurji ve Malzeme Mühendisliği’nin yanı sıra Mikro ve Nanoteknoloji Programında da görevliyim. Bu sayede her iki programdan da öğrenci kabul edebiliyorum. Şu anda altı yüksek lisans ve iki doktora öğrencim var. Öğrencilerimin farklı lisans geçmişleri var, daha önce de belirttiğim gibi nanoteknoloji disiplinlerarası bir program, bazı öğrencilerim fizik, bazıları kimya altyapısına sahipler, elektronik veya biyoloji temeli olan öğrencilerle de çalışmayı çok isterim. Bunun daha verimli sonuçlar sağlayacağına inanıyorum.
S: Disiplinlerarası çalışmalar konusunda öğrencileri destekliyorsunuz. Sizin de diğer bölümlerle beraber ortak yürüttüğünüz projeleriniz var mı?
C: Kesinlikle! Malzeme Bilimi başlı başına disiplinlerarası bir program. Fakat eğer öğrenci isterse okulumuzda çift anadal veya yandal lisans programları mevcut. Bizim bölümümüzde de bu gibi programlara dahil olan bayağı bir öğrencimiz var.
Lisansüstü öğrenciler için de Mikro ve Nanoteknoloji Program’ı var. Bu programa katılacak öğrencilerin danışman ve yardımcı danışmanlarının farklı disiplinlerden olmasını gerektiriyor. Bu anlamda, Fizik ve Kimya Bölümleriyle beraber çalışıyoruz. Ayrıca Fizik Bölümü, benim de yer aldığım, GÜNAM projesine öncülük etmekte. Proje kapsamında biz silisyum nanotellerle güneş gözeleri üretiyoruz.
Silisyum nanotellerin üretimi için, pek çok araştırmacı vakum ve yüksek sıcaklık gerektiren aşağıdan-yukarıya yöntemler kullanmakta. Vakum ve yüksek sıcaklık maliyeti arttıran işlemler. Güneş gözesi uygulaması için metrekareden kilometrekareye uzanan alanlar söz konusu. Bu yüzden üretim için ucuz, pratik ve kullanım alanı oldukça geniş bir yöntem tercih edilmeli. Bu amaca uygun olarak biz, silisyum nanotel üretimini yukarıdan-aşağıya yöntemlerden biri olan kimyasal dağlama yöntemi ile gerçekleştiriyoruz. Üretim sırasında kullandığımız dilimlerin özelliklerini bildiğimizden, nanotellerin elektriksel özelliklerini kontrol etmekte sorun yaşamıyoruz. Kullandığımız yöntem 50°C’ nin altındaki sıcaklıklarda boyut sınırlaması olmadan uygulanabiliyor. Bu sayede istenilen özelliklere sahip nanotelleri, geniş yüzey alanlarında güneş gözelerinde kullanılmak üzere üretebiliyoruz.
S: Şimdiye kadar hep ulusal projelerden bahsettik. Peki uluslararası projelerde yer almayı düşünüyor musunuz ?
C: Malesef Marie Curie Yeniden Entegrasyon Bursu’ nu Cambridge Üniversitesi’ ndeki çalışmalarım sırasında Avrupa’ da olduğum için kaçırdım.
Ulusal destekler yeni araştırmacılar için daha kolay erişilebilir kaynaklar. Uluslararası projeler ardından gelebilir. Son üç yıl boyunca ODTÜ’ deki Laboratuvarımı kurmak üzerine yoğunlaştım. Bundan sonraki ilk adımım kesinlikle Avrupa Birliği Projelerine başvurmak olacaktır. İnanıyorum ki doktora sonrası evrede beraber çalıştığım araştırmacılar Avrupa Birliği Projeleri için ortak bulmakta bana çok yardımcı olacaktır.
S: Son olarak şunu sormak istiyorum. ODTÜ’ deki genç bir araştırmacı olarak, araştırma alanındaki olanakları ve zorlukları nasıl değerlendiriyorsunuz? Siz bir ODTÜ mezunusunuz; ancak yurtdışında araştırmacı olarak uzun bir süre çalıştıktan sonra neden Türkiye’ ye ve hatta ODTÜ Metalurji ve Malzeme Mühendisliği’ ne dönmeyi tercih ettiniz ?
C: Burada bir araştırmacı olarak bulunmaktan mutluluk duyuyorum ve bir araştırma grubu kurmanın en zor aşamasını geçtiğimi düşünüyorum. ODTÜ benim için çok şey ifade ediyor, sanki evim gibi çünkü lisans derecemi buradan aldım. Geri dönüp Laboratuvarımı ve araştırma ekibimi burada kurmamın en büyük sebebi de bu aslında. Kendi hocalarımla yakın iletişim içinde olmak çok teşvik edici ve ilham verici bir deneyim. ODTÜ altyapısı, ismi ve vizyonu gereği doğru bir yer. Amaçlarıma ulaşmak için doğru yerde olduğumu düşünüyor ve bu ortama olumlu katkılarım olmasını umuyorum.
Ayrıca, ODTÜ’ de yüksek lisans ve doktora öğrencisi bulmakta bir problem yaşanmıyor. ODTÜ’ nün doğru bir tercih olduğu ulusal ve uluslararası proje başvurusu ve araştırma olanaklarının tanıtımı sırasında verdiği destekten de anlaşılıyor. Örneğin, ben 2009 TÜBA-GEBİP ödülüne layık görüldüm. ODTÜ’ nün düzenlediği Araştırma Bilgi Günleri sırasında bu ödülle birlikte diğer birkaç projeye başvurabileceğimi öğrenmiştim.
Yayın ve performans ödülleri ile seyahat destekleri de ODTÜ’ nün sağladığı diğer olanaklardan. Ayrıca göreve yeni başlayan Öğretim Üyelerine başlangıç desteği de veriliyor. Bu destek Asya ve Amerika’ da verilenlere göre oldukça az; ancak, akademik hayata atılan ilk adımlarda araştırmaya başlayabilmek için bir teşvik niteliğinde oluyor. Bu durum sadece ODTÜ için değil Türkiye’ deki diğer tüm üniversiteler için geçerli. Daha büyük başlangıç bursları akademik hayatın ilk evrelerinde çok daha faydalı olur diye düşünüyorum.
S: Bizimle röportaj yapmayı kabul ettiğiniz için teşekkür ederiz…
