تقنية النانو

تقنية النانو مستقبل الصناعات حول العالم

تقنية النانو وتطبيقاتها

تقنية الجزيئات متناهية الصغر أو تقنية الصغائر أو تقنية النانو هي العلم الذي يهتم بدراسة معالجة المادة على المقياس الذري والجزيئي.

تهتم تقنية النانو بابتكار تقنيات ووسائل جديدة تقاس أبعادها بالنانومتر وهو جزء من الألف من الميكرومتر أي جزء من المليون من الميليمتر.

عادة تتعامل تقنية النانو مع قياسات بين 1 إلى 100 نانومتر أي تتعامل مع تجمعات ذرية تتراوح بين خمس ذرات إلى ألف ذرة. وهي أبعاد أقل كثيرا من أبعاد البكتيريا والخلية الحية.

حتى الآن لا تختص هذه التقنية بعلم الأحياء بل تهتم بخواص المواد، وتتنوع مجالاتها بشكل واسع من أشباه الموصلات إلى طرق حديثة تماما معتمدة على التجميع الذاتي الجزيئي.

هذا التحديد بالقياس يقابله اتساع في طبيعة المواد المستخدمة، فتقنية النانو تتعامل مع أي ظواهر أو بنايات على مستوى النانو الصغير.

مثل هذه الظواهر النانوية يمكن أن تتضمن تقييد كمي التي تؤدي إلى ظواهر كهرومغناطيسية وبصرية جديدة للمادة التي يبلغ حجمها بين حجم الجزيء وحجم المادة الصلبة المرئي.

تتضمن الظواهر النانوية أيضا تأثير جيبس-تومسون – وهو انخفاض درجة انصهار مادة ما عندما يصبح قياسها نانويا، اما عن بنايات النانو فأهمها أنابيب النانو الكربونية.

يستخدم بعض الكتاب الصحفيين أحيانا مصطلح (تقنية الصغائر للتعبير عن النانو) رغم عدم دقته، فهو لا يحدد مجاله في تقنية النانو أو الميكرونية إضافة إلى التباس كلمة صغائر التي قد تفهم بمعنى جسيم لأن البعض يسمي الجسيمات بالدقائق.

علوم النانو وتقنية النانو إحدى مجالات علوم المواد واتصالات هذه العلوم مع الفيزياء، الهندسة الميكانيكية والهندسة الحيوية والهندسة الكيميائية تشكل تفرعات واختصاصات فرعية متعددة ضمن هذه العلوم وجميعها يتعلق ببحث خواص المادة على هذا المستوى الصغير.

وتكمن صعوبة تقنية النانو في مدى إمكانية السيطرة على الذرات بعد تجزئة المواد المتكونة منها.

فهي تحتاج بالتالي إلى أجهزة دقيقة جدا من جهة حجمها ومقاييسها وطرق رؤية الجزيئات تحت الفحص.

كما أن صعوبة التوصل إلى قياس دقيق عند الوصول إلى مستوى الذرة يعد صعوبة أخرى تواجه هذا العلم الجديد الناشئ.

بالإضافة ما يزال هناك جدل ومخاوف من تأثيرات تقنية النانو، وضرورة ضبطها.

قائمة تطبيقات تقنية النانو

تعد تطبيقات تقنية النانو واسعة المجال وتدخل في الكثير من المجالات الصناعية والعسكرية والطبية والزراعية وغيرها.

على سبيل المثال ان مجموعة كبيرة من المواد الخام يتم تحسينها على إحداث تغيير في الخصائص الفيزيائية للأحجام الصغيرة أو النانوية.

وتستفيد الجزيئات النانوية على سبيل المثال من الزيادة البينة في مساحة السطح إلى نسبة الحجم.

ومن ثم تصبح خواصها البصرية ومنها الفلورية وظيفة لقطر الجسيم.

وعندما يتم دمجها في مادة كتلية، فإن الجزيئات النانوية تؤثر بشدة على الخواص الميكانيكية للمادة، ومنها الصلابة أو الليونة.

وعلى سبيل المثال يمكن تدعيم البوليمرات التقليدية من خلال استخدام الجزيئات النانوية الموجودة بالمواد الجديدة والتي قد تستخدم كبدائل خفيفة الوزن للمعادن.

نتيجةً لذلك يمكن توقع زيادة الفائدة الاجتماعية للجسيمات النانوية.

وستُمَكن تلك المواد المدعمة نانوياً من تقليص الوزن المصاحب بزيادة في الثبات وتحسن في الوظيفية.

هذا بالإضافة إلى أن تقانة النانو العملية تمثل بصورةٍ ضروريةٍ القدرة المتزايدة على التعامل بدقة مع المادة وفقاً للمقاييس المستحيلة مسبقاً، موفرةً بذلك مجموعةً من الإمكانات والتي لم يكن للآخرين مسبقاً تخيلها – ولذلك فمن غير المدهش أن مساحاتٍ قليلةٍ من التقانة البشرية استُثنت من الفوائد الناجمة عن استخدام وتطبيق تقنيه النانو.

فوائد تقنية النانو

توفر تكنولوجيا النانو العديد من الفوائد التي تدخل في العديد من المجالات الحياتية.

فهي تساعد على تحسين العديد من القطاعات التكنولوجية والصناعية إلى حد كبير.

مثل: تكنولوجيا المعلومات، والطاقة، والطب، والأمن الوطني، وعلوم البيئة، وسلامة الأغذية، والعديد من الأمور الأخرى.

كما أنها تعمل على تكييف هياكل المواد في مقاييس صغيرة جداً لتحقيق خصائص محددة لها.

حيث يمكن من خلالها تقوية فعالية المواد، مع أن تكون خفيفة الوزن، وأكثر متانة، وتفاعلاً وتشابكاً، فالعديد من المنتجات التجارية اليومية الموجودة في السوق تعتمد على تكنولوجيا النانو.

فعلى سبيل المثال يمكن أن تساعد الأغشية أو الطبقة الرقيقة النانوية الشفافة على شاشات الحاسوب والكاميرا والنظارات والنوافذ.

أن تجعلها مقاومة للماء، ومضادة للانعكاس، ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء، أو مقاومة للخدش، أو موصلة للكهرباء.

كما دخلت تكنولوجيا النانو في المنتجات الاستهلاكية، حيث تم ربط المليارات من شعيرات النانو المجهرية (بالإنجليزية: microscopic nanowhiskers)، التي يبلغ طول كل منها حوالي 10 نانومتر، جزيئياً على الألياف الطبيعية والاصطناعية لإضافة خاصية مقاومة البقع في الملابس والأقمشة، كما أنه تم استخدام البلورات النانوية أكسيد الزنك لصنع واق من أشعة الشمس غير مرئية، فهي تحمي من الأشعة فوق البنفسجية، كما أنه قد تم تضمين البلورات الفضية النانوية في الضمادات لقتل البكتيريا ومنع العدوى.

 في الكيمياء

  • تقنية النانو هي دراسة الهياكل الصغيرة للغاية، “nano”كلمة يونانية تعني “قزم”، “نانو” تعني الحجم الصغير جدًا أو المصغر.
  • العلوم النانوية والتكنولوجيا النانوية هي دراسة وتطبيق أشياء صغيرة للغاية ويمكن استخدامها في جميع مجالات العلوم الأخرى.
  • يجد العلماء والمهندسون اليوم مجموعة واسعة من الطرق لصنع المواد عن عمد في المقياس النانوي للاستفادة من خواصها.
  • مثل القوة الأعلى والوزن الخفيف وزيادة التحكم في طيف الضوء وتفاعلية كيميائية أكبر من نظرائهم الأوسع نطاقًا.

 في الطب

  • حتى اليوم، فإن الأمراض المختلفة مثل السكري والسرطان والشلل الرعاش والزهايمر وأمراض القلب والأوعية الدموية .
  • وكذلك الأمراض الالتهابية أو المعدية الخطيرة تشكل عددًا كبيرًا من الأمراض الخطيرة والمعقدة التي تشكل مشكلة كبيرة للبشرية.
  • الطب النانوي هو تطبيق لتقنية النانو الذي يعمل في مجال الصحة والطب .
  • الطب النانوي يستخدم مواد النانو، وأجهزة الاستشعار النانوية الإلكترونية، في المستقبل، سوف يستفيد من تكنولوجيا النانو الجزيئية.
  • المجال الطبي لتطبيق علم النانو له العديد من الفوائد المتوقعة ويحتمل أن تكون قيمة لجميع الأجناس البشرية.
  • أصبح تسلسل الجينات أكثر كفاءة مع اختراع أجهزة النانو مثل جزيئات الذهب النانوية.
  • ويمكن استخدام هذه الجسيمات عند وضع علامات على شرائح قصيرة من الحمض النووي للكشف عن التسلسل الجيني .

 في الملابس

عرض المُبتكر اللبناني فؤاد مقصود مشروعًا رائدًا لتصميم ملابس المستقبل بتقنية النانو، ضمن فعاليات أسبوع دبي للمستقبل.

الذي افتتحت فعالياته في دولة الإمارات العربية المتحدة مؤسسة دبي للمستقبل في منطقة 2071 بوليفارد أبراج الإمارات في دبي.

ويمتاز ابتكار مقصود بدمج التقنيات القابلة للارتداء بأبحاث الكيمياء وتقنية النانو وتطبيقاتها ، للوصول إلى منتج   يهدف لتحسين حياة البشر.

وقدم مقصود المشارك في أسبوع دبي للمستقبل والحاصل على جائزة مبتكرون دون 35.

شرحًا عن توظيف الألياف النانوية لتغليف الملابس بطبقة تغير خصائصها.

ليعطي للزوار فكرة مبسطة عن ابتكاره لجهاز غزل صناعي يوظف شوارد الكهرباء لتغليف الملابس والأقمشة بالألياف النانوية بشكل فوري.

وقال مقصود في بيان، إن «ابتكاره الجديد قابل للتطبيق في عشرات القطاعات والمجالات بشكل عملي لخدمة مستقبل الإنسان.

منها تغليف ملابس الصيادين والمنقذين والغواصين وممارسي الرياضات البحرية والمتدربين على السباحة بألياف نانوية عازلة تمنع تسرب المياه.».

وأضاف «يستخدم الجهاز لتغليف الألبسة بمواد تسمح بتبريد الجسم وتستخدم فى معالجة الحروق أو خفض حرارة الجسم خلال نوبات الحُمى.»

تقنية النانو pdf

لتحميل الملف اضغط هنا.

 

شارك المقالة
.......

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *