تقنية النانو

تقنية النانو هي العلوم والهندسة والتكنولوجيا التي أجريت في المقياس النانوي، الذي يتراوح من 1 إلى 100 نانومتر، فعلم النانو أو تكنولوجيا النانو هي دراسة وتطبيق الأشياء الصغيرة للغاية، والتي يمكن استخدامها في جميع المجالات العلمية الأخرى، مثل الكيمياء، والبيولوجيا، والفيزياء، وعلوم الأسلحة، والهندسة .

متى بدأ علم النانو

– في عام 1959، تحدث الفيزيائي ريتشارد فاينمان في اجتماع الجمعية الأمريكية للفيزياء في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا عن الأفكار والمفاهيم الكامنة وراء علم النانو في حديث بعنوان “There`s Plenty of Room at the Bottom”، حيث وصف عملية تلاعب العلماء بالذرات الفردية والجزيئات. ولم يتم استخدام مصطلح تقنية النانو حتى عام 1981 عندما ابتكر الأستاذ نوريو تانيجوتشي هذا المصطلح بعد أكثر من عقد من الزمان وتطوير مجهر المسح النفقي الذي يمكن أن يرى الذرات الفردية .

يصعب تصور حجم تكنولوجيا النانو بسبب صغرها الشديد، إذ يعد النانومتر هو جزء من مليار جزء من المتر أو 10^-9 من المتر، وفيما يلي بعضالأمثلة التوضيحية:

1- هناك 2540000 نانومتر في البوصة .
٢- يبلغ حجم الورقة حوالي ١٠٠٠٠٠ نانومتر .
إذا كان حجمالرخام نانومتراً، فإن حجم المتر يكون مماثلاً لحجم الأرض على مقياس المقارنة .

النانو والتحكم في الذرات والجزيئات

يحتوي علم النانو وتكنولوجيا النانو على القدرة على رؤية الذرات والجزيئات الفردية والتحكم فيها، حيث يتكون كل شيء في الأرض من ذرات، بما في ذلك الطعام الذي نتناوله والملابس التي نرتديها والمباني والمنازل التي نعيش فيها وأجسامنا. ومع ذلك، فمن المستحيل رؤية شيء صغير مثل الذرة بالعين المجردة ولا يمكن رؤيتها بالمجاهر المستخدمة عادة في فصول العلوم في المدرسة الثانوية، لذلك تم اختراع مجاهر خاصة لرؤية الأشياء على مقياس النانو في الآونة الأخيرة – منذ حوالي 30 عاما .

وبمجرد حصول العلماء على الأدوات الصحيحة، مثل مجهر المسح النفقي ( STM )، ومجهر القوة الذرية ( AFM )، ولد عصر تكنولوجيا النانو، وعلى الرغم من أن علم النانو الحديث وتكنولوجيا النانو حديثان إلى حد كبير، فقد استخدمت المواد النانوية منذ قرون، ولقد أحدثت جسيمات الذهب والفضة بديلة الحجم، ألوانًا في نوافذ الزجاج الملون في كنائس القرون الوسطى منذ مئات السنين، ولم يعرف الفنانون في ذلك الوقت أن العملية التي استخدموها لإنشاء هذه الأعمال الفنية الجميلة، أدت إلى تغييرات في تركيبة المواد التي كانوا يعملون بها، ويجد علماء ومهندسون اليوم مجموعة واسعة من الطرق لتعمد صنع المواد في المقياس النانوي، للاستفادة من خصائصها المحسنة مثل القوة الأعلى والوزن الأخف، وزيادة التحكم في طيف الضوء، وزيادة التفاعل الكيميائي من نظرائهم على نطاق أوسع .

كيف تعمل تقنية النانو

1- واقي الشمس : يحتوي العديد من واقيات الشمس على جسيمات نانوية من أكسيد الزنك أو أكسيد التيتانيوم، في حين تستخدم الصيغ الواقية من الشمس جزيئات أكبر مما يجعل واقي الشمس يتمتع باللون الباهت .

2- زجاج التنظيف الذاتي : تقدم شركة تدعى Pilkington منتجا يسمى Activ Glass، ويتم استخدام جسيمات النانو في صنع الزجاج الضوئي والتحفيز المائي. يعني التحفيز الضوئي أنه عندما تتعرض الأشعة فوق البنفسجية للضوء للزجاج، تصبح الجسيمات النانوية نشطة وتبدأ في التفكك وإزالة المواد العضوية على الزجاج (أو بمعنى آخر ، الأوساخ). وبمعنى آخر، عندما يتلامس الماء مع الزجاج، ينتشر بالتساوي عبر الزجاج، مما يساهم في غسل الزجاج وتنظيفه بسهولة .

3- الملابس : يستخدم العلماء الجسيمات النانوية في تحسين الملابس، حيث يمكن للمصنعين صبغ الأقمشة بطبقة رقيقة من جزيئات أكسيد الزنك النانوية لإنتاج ملابس توفر حماية أفضل من الأشعة فوق البنفسجية، كما يوجد بعض الملابس التي تحتوي على جسيمات نانوية على شكل شعيرات صغيرة تساعد على صد الماء والمواد الأخرى، مما يجعل الملابس مقاومة للبقع .

4- طلاء مقاوم للخدش : اكتشف المهندسون أن إضافة جسيمات نانو السيليكات المصنوعة من الألومنيوم إلى طلاء بوليمر مقاوم للخدش يزيد من فعالية الطلاء ومقاومته للتقطيع والخدش، ويتم استخدام الطلاء المقاوم للخدش على نطاق واسع في العديد من المنتجات مثل السيارات والنظارات الطبية .

5- الضمادات المضادة للميكروبات : ابتكر العالم روبرت بوريل عملية لتصنيع الضمادات المضادة للبكتيريا باستخدام الجسيمات النانوية للفضة، حيث تمنع أيونات الفضة التنفس الخلوي للميكروبات، وتزيل الخلايا الضارة وتقتلها .