ماهي النانو تكنولوجي

بواسطةفوري


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.


يدور معظم تعريفات تقنية النانو حول دراسة الظواهر والمواد والتحكم فيها بمقاييس طول أقل من 100 نانومتر، وغالبًا ما يقومون بإجراء مقارنة مع شعرة الإنسان، التي يبلغ عرضها حوالي 80.000 نانومتر.


تتضمن بعض التعريفات إشارة إلى أنظمة وأجهزة تقنية النانو الجزيئية ويجادل “الأصوليون” بأن أي تعريف يجب أن يتضمن إشارة إلى “الأنظمة الوظيفية”. [1]


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 “. [2]


اساسيات علم النانو


في

بحث عن تقنية النانو

ذكرت بعض المفاهيم الأساسية لهذا العلم ومنها ما يلي ؛


من الصعب تخيل مدى صغر تقنية النانو، النانومتر الواحد هو جزء من المليار من المتر، أو 10-9 من المتر. فيما يلي بعض الأمثلة التوضيحية:


  • هناك 25400000 نانومتر في البوصة

  • يبلغ سمك ورقة الجريدة حوالي 100000 نانومتر

  • على نطاق مقارن، إذا كانت قطعة الرخام نانومترًا، فسيكون المتر واحدًا من حجم الأرض

  • يتضمن علم النانو وتكنولوجيا النانو القدرة على رؤية الذرات والجزيئات الفردية والتحكم فيها. وكل شيء على الأرض يتكون من ذرات – الطعام الذي نأكله، والملابس التي نرتديها، والمباني والمنازل التي نعيش فيها، وأجسادنا.

  • بمجرد أن حصل العلماء على الأدوات المناسبة ، مثل مجهر المسح النفقي (STM) ومجهر القوة الذرية (AFM)، وُلد 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.

  • يجد العلماء والمهندسون اليوم مجموعة متنوعة من الطرق لصنع المواد عمدًا على المقياس النانوي للاستفادة من خصائصها المعززة مثل القوة العالية والوزن الخفيف والتحكم المتزايد في طيف الضوء والتفاعل الكيميائي الأكبر من نظرائهم على نطاق واسع.


أهمية المقياس النانوي


النانومتر (نانومتر) هو ألف جزء من المليون من المتر. للمقارنة ، يبلغ عرض خلية الدم الحمراء حوالي 7000 نانومتر وجزيء الماء يبلغ 0.3 نانومتر تقريبًا. [3]


يهتم الناس بالمقياس النانوي – الذي نحدده ليكون من 100 نانومتر إلى حجم الذرات (حوالي 0.2 نانومتر) – لأنه بهذا المقياس يمكن أن تكون خصائص المواد مختلفة تمامًا عن تلك الموجودة على النطاق الأكبر. نحن نعرّف علم النانو على أنه دراسة الظواهر والتلاعب بالمواد على المقاييس الذرية والجزيئية والكبيرة، حيث تختلف الخصائص بشكل كبير عن تلك الموجودة على نطاق أوسع ؛ والتكنولوجيات النانوية مثل تصميم وتوصيف وإنتاج وتطبيق الهياكل والأجهزة والأنظمة من خلال التحكم في الشكل والحجم على مقياس نانومتر.


استخدامات تكنولوجيا النانو


انتشرت


استخدامات تقنية النانو


، حيث تعد تقنية النانو جزءًا 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 وزناً وأكثر متانة من المواد المستخدمة اليوم في المباني والجسور والطائرات والسيارات وغيرها من التطبيقات.


تحمل تقنية النانو أيضًا وعدًا كبيرًا لإنشاء منتجات لعالم أكثر كفاءة في استخدام الطاقة ، مثل خلايا وقود وبطاريات وألواح شمسية أكثر كفاءة. يمكن أن توفر تقنية النانو حلولًا لتنظيف التربة والمياه الملوثة، وستلعب دورًا مهمًا في تحويل الطب والرعاية الصحية.


  • 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 جميع الأجهزة الإلكترونية تقريبًا في العقد الماضي، بما في ذلك رقائق الكمبيوتر والأجهزة الإلكترونية الشخصية الأكثر تقدمًا، باستخدام تقنية النانو.

  • المعدات الرياضية: يمكن جعل المعدات الرياضية، مثل مضارب البيسبول ومضارب التنس وخوذات الدراجات النارية وغيرها من المواد البلاستيكية، أكثر خفة، وزنًا، صلابة، متانة، ومرونة باستخدام تقنية النانو.

  • الأقمشة: يمكن المعالجة بتقنية النانو أن تقاوم التجاعيد والتلطيخ ونمو البكتيريا، مما يساعد الملابس على البقاء أنظف وتدوم لفترة أطول. [4]

  • الأفلام: تستخدم الأفلام الرقيقة الموجودة على النظارات وشاشات الكمبيوتر والنوافذ والأسطح الأخرى تقنية النانو لمساعدتها على أن تكون أكثر مقاومة للماء، ومضادة للانعكاس، ومقاومة للأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء، ومضادة للضباب، ومقاومة للخدش أو موصلة للكهرباء.

  • المنتجات المنزلية: يمكن تحسين أداء العديد من المنتجات المنزلية  مثل مزيلات البقع والمنظفات المضادة للبكتيريا والدهانات ومانعات التسرب وأجهزة تنقية الهواء والمرشحات باستخدام تقنية النانو.

  • البيئة: يمكن أن تساعد تقنية النانو في خلق بيئة أنظف من  خلال طرق تنقية المياه الجديدة وإزالة الملوثات من المياه الجوفية والتربة.

  • الطاقة: ابتكارات الطاقة، مثل الألواح الشمسية الأكثر كفاءة، توربينات الرياح الأقوى وخفيفة الوزن، وقطع غيار السيارات الأخف وزنا وتحسين كفاءة الوقود، تعمل بتقنية النانو.

  • المنتجات: يمكن تحسين منتجات العناية الشخصية، مثل مستحضرات التجميل، واقيات الشمس باستخدام تقنية النانو.

  • المواد الغذائية: يمكن أن تساعد عبوات المواد الغذائية  التي تستخدم تقنية النانو في اكتشاف ومنع التلف أو التلوث، مما يساعد على بقاء الطعام طازجًا لفترة أطول.

  • المنتجات الصيدلانية: تمت إعادة صياغة بعض المنتجات الصيدلانية بجزيئات نانوية لتحسين أدائها.