ماهي النانو تكنولوجي
إن منتجات ومواد وتطبيقات تكنولوجيا النانو الثورية حقًا، مثل الروبوتات النانوية، هي سنوات المستقبل، وما يوصف اليوم “بتقنية النانو” هو البحث الأساسي والتطوير الذي يحدث في المختبرات في جميع أنحاء العالم.
منتجات “تكنولوجيا النانو” الموجودة في السوق اليوم هي في الغالب منتجات محسّنة تدريجيًا (باستخدام تقنية النانو التطورية ) حيث يتم استخدام شكل من أشكال المواد التي تدعم النانو (مثل الأنابيب النانوية الكربونية، أو الهياكل النانوية المركبة أو الجسيمات النانوية لمادة معينة) أو عملية التكنولوجيا النانوية (على سبيل المثال النقاط الكمومية للتصوير الطبي) في عملية التصنيع.
في سعيها المستمر لتحسين المنتجات الحالية من خلال إنشاء مكونات أصغر ومواد ذات أداء أفضل، وكل ذلك بتكلفة أقل، فإن عدد الشركات التي تصنع “منتجات نانوية” (وفقًا لهذا التعريف) ستنمو بسرعة كبيرة. لذلك يجب النظر إلى تقنية النانو التطورية على أنها عملية ستؤثر تدريجياً على معظم الشركات والصناعات.
تعريف تقنية النانو
تقنية النانو هي عبارة عن علم وهندسة وتكنولوجيا يتم إجراؤها بالمقياس النانوي، والذي يتراوح من 1 إلى 100 نانومتر، وعلم النانو وتكنولوجيا النانو هي دراسة وتطبيق أشياء صغيرة للغاية ويمكن استخدامها في جميع مجالات العلوم الأخرى، مثل الكيمياء والبيولوجيا والفيزياء وعلوم المواد والهندسة.
تدور معظم تعريفات تقنية النانو حول دراسة الظواهر والمواد والتحكم فيها بمقاييس طول أقل من 100 نانومتر، وغالبا ما يتم إجراء مقارنة مع شعرة الإنسان، التي يبلغ عرضها حوالي 80,000 نانومتر.
تشمل بعض التعريفات إشارة إلى أنظمة وأجهزة تقنية النانو الجزيئية، ويجادل “الأصوليون” بأن أي تعريف يجب أن يشمل إشارة إلى “الأنظمة الوظيفية.
وهي أيضا عبارة عن مجال بحث وابتكار يهتم ببناء “الأشياء” – بشكل عام، المواد والأجهزة – على نطاق الذرات والجزيئات. والنانومتر هو واحد من المليار من المتر: عشرة أضعاف قطر ذرة الهيدروجين. في مثل هذه المقاييس، لم تعد القواعد العادية للفيزياء والكيمياء سارية. على سبيل المثال ، يمكن أن تختلف خصائص المواد، مثل اللون والقوة والتوصيل والتفاعل، بشكل كبير بين المقياس النانوي والماكرو. وتعتبر “الأنابيب النانوية” الكربونية أقوى 100 مرة من الفولاذ ولكنها أخف بست مرات.
وعلى الرغم من أن العديد من التقنيات قد اشتملت بالمصادفة على هياكل نانوية الحجم لسنوات عديدة، فقد كان من الممكن فقط في الربع الأخير من القرن تعديل الجزيئات والهياكل بشكل نشط ومتعمد ضمن نطاق الحجم هذا. هذا التحكم على مقياس النانومتر هو الذي يميز تقنية النانو عن مجالات التكنولوجيا الأخرى.
يمكن أن تكون تطبيقات تكنولوجيا النانو مفيدة للغاية ولديها القدرة على إحداث تأثير كبير على المجتمع. ولقد تم بالفعل تبني تقنية النانو من قبل القطاعات الصناعية، مثل قطاعي المعلومات والاتصالات، ولكنها تستخدم أيضًا في تكنولوجيا الأغذية وتكنولوجيا الطاقة، وكذلك في بعض المنتجات الطبية والأدوية. قد توفر المواد النانوية أيضًا فرصًا جديدة للحد من التلوث البيئي.
من مطلق اسم تكنولوجيا النانو
تمت صياغة المصطلح في عام 1974 من قبل نوريو تانيجويتشي من جامعة طوكيو للعلوم لوصف عمليات أشباه الموصلات مثل ترسب الأغشية الرقيقة التي تتعامل مع التحكم بترتيب النانومترات. ولا يزال تعريفه قائمًا باعتباره البيان الأساسي اليوم: ” تتكون تقنية النانو أساسًا من معالجة فصل المواد وتوحيدها وتشويهها بواسطة ذرة واحدة أو جزيء واحد “.
اساسيات علم النانو
في دراسة تقنية النانو، ذكرت بعض المفاهيم الأساسية لهذا العلم، ومن بينها أن التقنية النانو صغيرة جدا، حيث يعادل النانومتر جزءا من المليار من المتر، أو 10-9 من المتر. وفيما يلي بعض الأمثلة التوضيحية
- هناك 25400000 نانومتر في البوصة
- سُمك ورقة الجريدة يبلغ حوالي 100000 نانومتر
- على سبيل المقارنة، إذا كان حجم قطعة الرخام هو نانومتر واحد، فسيكون حجم المتر الواحد يساوي حجم الأرض
- يتضمن علم النانو وتكنولوجيا النانو القدرة على رؤية الذرات والجزيئات الفردية والتحكم بها، ويتكون كل شيء على الأرض من الذرات، بدءًا من الطعام الذي نأكله والملابس التي نرتديها إلى المباني والمنازل التي نعيش فيها وأجسادنا.
- عندما حصل العلماء على الأدوات المناسبة، مثل مجهر المسح النفقي (STM) ومجهر القوة الذرية (AFM)، تم إطلاق عصر تقنية النانو.
- على الرغم من أن علم النانو وتكنولوجيا النانو حديثان تمامًا، إلا أن المواد النانوية قد استخدمت لعدة قرون. خلقت جزيئات الذهب والفضة ذات الحجم البديل ألوانًا في نوافذ الزجاج الملون في كنائس العصور الوسطى منذ مئات السنين. لم يكن الفنانون في ذلك الوقت يعرفون أن العملية التي استخدموها لإنشاء هذه الأعمال الفنية الجميلة أدت في الواقع إلى تغييرات في تكوين المواد التي كانوا يعملون بها.
- يستخدم العلماء والمهندسون اليوم مجموعة متنوعة من الطرق لإنتاج المواد على مستوى النانو للاستفادة من خصائصها المعززة، مثل القوة العالية والوزن الخفيف والتحكم المتزايد في طيف الضوء والتفاعل الكيميائي الأعلى من نظرائها على نطاق واسع.
أهمية المقياس النانوي
يعتبر النانومتر جزءًا من المليون من المتر، حيث يبلغ عرض خلية الدم الحمراء حوالي 7000 نانومتر، بينما يبلغ حجم جزيء الماء حوالي 0.3 نانومتر تقريبًا.
يهتم الأشخاص بالمقياس النانوي، والذي يتراوح بين 100 نانومتر وحجم الذرات (حوالي 0.2 نانومتر)، لأنه في هذا المقياس يمكن أن تكون الخصائص المواد مختلفة تماما عن تلك الموجودة على نطاق أكبر. نحن نعرف علم النانو على أنه دراسة الظواهر والتلاعب بالمواد على المقاييس الذرية والجزيئية والكبيرة، حيث تختلف الخصائص بشكل كبير عن تلك الموجودة على نطاق أوسع؛ وتشمل التكنولوجيات النانوية تصميم وتوصيف وإنتاج وتطبيق الهياكل والأجهزة والأنظمة عن طريق التحكم في الشكل والحجم على مقياس النانومتر.
استخدامات تكنولوجيا النانو
انتشر استخدام تقنية النانو، وتعد تقنية النانو جزءا من الموجة التالية من الابتكار في العلوم والهندسة التي ستحول العديد من القطاعات، بما في ذلك الفضاء والطاقة وتكنولوجيا المعلومات والطب والدفاع الوطني والنقل. ستتمكن تقنية النانو من تطوير مواد الجيل التالي التي تكون أقوى وأخف وزنا وأكثر متانة من المواد المستخدمة اليوم في المباني والجسور والطائرات والسيارات وغيرها من التطبيقات
تمتلك تقنية النانو وعدًا كبيرًا في إنتاج منتجات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، مثل الخلايا الوقودية والبطاريات والألواح الشمسية ذات الكفاءة العالية. كما يمكن أن توفر تقنية النانو حلولًا لتنظيف التربة والمياه الملوثة، وتلعب دورًا مهمًا في تحويل مجال الرعاية الصحية والطب.
- الرعاية الصحية: تقترب من ثورة بفضل تكنولوجيا النانو. يتم تطوير أدوات متطورة للغاية للكشف عن السرطان وعلاجه، والضمادات التي تمنع العدوى، وتقنية التصوير الطبي المحسّنة وغير ذلك الكثير، وأصبح ممكنًا بفضل تقنية النانو.
- الأجهزة الإلكترونية: تم تصنيع معظم الأجهزة الإلكترونية في العقد السابق باستخدام تقنية النانو، بما في ذلك رقائق الكمبيوتر وأكثر الأجهزة الإلكترونية الشخصية تقدمًا.
- المعدات الرياضية: يمكن استخدام تقنية النانو لجعل المعدات الرياضية، مثل مضارب البيسبول ومضارب التنس وخوذات الدراجات النارية وغيرها من المواد البلاستيكية، أكثر خفة ووزنًا وصلابة ومتانة ومرونة.
- الأقمشة: يمكن لتقنية النانو المستخدمة في المعالجة أن تقاوم التجاعيد والتلطيخ ونمو البكتيريا على الملابس ، مما يساعد على الحفاظ على نظافتها وتدوم لفترة أطول.
- الأفلام: تستخدم التقنية النانو في الأفلام الرقيقة المستخدمة على النظارات وشاشات الكمبيوتر والنوافذ والأسطح الأخرى لجعلها أكثر مقاومة للماء والانعكاس والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء، ولتكون مضادة للضباب ومقاومة للخدش، أو لتكون موصلة للكهرباء.
- المنتجات المنزلية: يمكن تحسين أداء عدة منتجات منزلية مثل مزيلات البقع والمنظفات المضادة للبكتيريا والدهانات ومانعات التسرب وأجهزة تنقية الهواء والمرشحات باستخدام تقنية النانو.
- البيئة: تستطيع تقنية النانو المساعدة في خلق بيئة أنظف من خلالاستفادة من طرق تنقية المياه الجديدة وإزالة الملوثات من المياه الجوفية والتربة.
- الطاقة: تعتمد بعض الابتكارات الطاقوية على تقنية النانو، مثل الألواح الشمسية الفعالة، وتوربينات الرياح الخفيفة والقوية، والأجزاء الخفيفة لقطع الغيار في السيارات وتحسين كفاءة الوقود.
- المنتجات: يمكن تحسين منتجات العناية الشخصية، مثل مستحضرات التجميل وواقيات الشمس، باستخدام تقنية النانو.
- المواد الغذائية: تستطيع عبوات المواد الغذائية التي تستخدم تقنية النانو المساعدة في اكتشاف ومنع التلف أو التلوث، مما يساعد على الحفاظ على طعامطازج لفترة أطول.
- المنتجات الصيدلانية: تمت إعادة صياغة بعض المنتجات الصيدلانية باستخدام جزيئات نانوية لتحسين أدائها.