الرئيسية / كيمياء / مقدمة لتقنية النانو تكنولوجي وأهم تطبيقاتها فى المجالات المختلفة

مقدمة لتقنية النانو تكنولوجي وأهم تطبيقاتها فى المجالات المختلفة

ماهي تقنية النانو تكنولوجي؟

منذ 60 عاماً تقريباً وأثناء إلقاء ريتشارد فاينمان لإحدى خطبه طرح سؤالاً حيث قال “ماذا يحدث إن إستطعنا ترتيب الذرات بجوار بعضها البعض بالشكل الذي نريده ؟”، وقد كان هذا السؤال هو أول عرض لفكرة النانو تكنولوجي، وخلال الثلاثين عام التالية تم إختراع الميكروسكوبات، مما سمح لتلك الفكرة أن تبدو واقعية واستطاع العلماء رؤية ومعالجة المواد على المستوى الذرى، وبهذا تُعرف النانو تكنولوجي على أنها “العلم الذي يهتم بدراسة ومعالجة المواد على المستوى الذري والجزيئي”.

النانومتر هو جزء من 1000000000 من المتر، ولتوضيح مقياس النانومتر فيمكنك عزيزي القارئ أن تتخيل أن سمك ورقة الصحيفة يصل إلى 100,000 نانومتر، وهو أصغر ألف مرة من قطر شعرة الإنسان.

وتوجد  بعض الأمثلة للنانو تكنولوجي فى الطبيعة، حيث نجد أن الضفادع تستخدم نتوءات ميكانيكية نانوية بداخل أذنها لتقيس الانحراف الناتج عن الصوت حتى 3 نانومتر، كما تظهر أجنحة الفراشات ملونة بشكل معقدة نتيجة وجود جسيمات نانوية والتى تعمل كبلورات فوتونية.

وتمتلك النانو تكنولوجي الحل لتوفير الطاقة النظيفة التي تلبي احتياج العالم ، وتوفير المزيد من مصادر المياة النظيفة حيث تساعدنا على تنقية المياه الملوثة ، وكذلك الحفاظ على صحة الإنسان حيث يتم الإستفادة منها بشكل كبير فى المجال الطبى، وفى مجال الزراعة أيضا فهى تساعد على مضاعفة المحاصيل الزراعية، بالإضافة للتطوير الذى قدمته لمجال التكنولوجيا.

 

تصنيف المواد النانوية:

تصنف المواد النانوية المواد نسبة إلى عدد أبعادها الغير موجودة في نطاق النانومتر. وبذلك فهى تنقسم إلى:

مواد صفرية الأبعاد: هى المواد التى تكون جميع أبعادها أكثر من 100 نانومتر، وأحد أمثلتها هى النقاط الكمومية والتى تم إستخدامها مؤخراً فى صناعة الخلايا الشمسية والترانزستور.

مواد أحادية الأبعاد: وهي تلك المواد التى تحتوى على بعد واحد فقط أكبر من 100 نانومتر، مثل الأنبابيب والخيوط النانوية والتى سوف تلعب دوراً مهماً فى تصنيع الإلكترونيات، وتستخدم حالياً في طلاء الأسطح مثل طلاء أسطح المنتجات الفلزية لحمايتها من التأكل والصدأ، وتستخدم أيضاً لتغليف المنتجات الغذائية بهدف حفظها من التلوث والتلف.

مواد ثُنائية الأبعاد: تحتوى هذه المواد على بعدين أكبر من 100 نانومتر، ونجد بعض الأمثلة على تلك المواد مثل الطبقان النانوية والتى تدخل فى صناعة المستشعرات.

مواد ثلاثية الأبعاد: هى مواد جميع أبعادها تكون أكبر من 100 نانومتر، وتكون ذات تركيب بلوري نانوي أو تحتوى على مواد أخرى تكون صفرية أو أحادية أو ثنائية الأبعاد، مما يعطيها بعض خصائص نطاق النانو ويتم تصنيفها كأحد أنواع المواد النانوية، من أمثلتها الحبيبات النانوية وكذلك مساحيق الفلزات والمواد السيراميكية فائقة النعومة، ويجب أن نشير هنا إلى أن هذه الفئة من المواد النانوية ثلاثية الأبعاد تتصدر قائمة الإنتاج العالمي من المواد النانوية بوجه عام وذلك لاستخداماتها المتنوعة في التطبيقات التكنولوجية.

 

تطبيقات النانو تكنولوجي:

عندما يتم معالجة بعض المواد على المستوى الذرى فإنها تكتسب خصائص فريدة ومهمة، وقد تكون خصائص مرئية، أو خصائص كهربائية، أو مغناطيسية، وغيرها من الخصائص المتنوعة. لهذا تتنوع تطبيقات النانو تكنولوجي فى مجالات الحياة المختلفة كالطاقة  والطب والزراعة والإلكترونيات وغيرها، وسوف نستعرض الآن بعض هذه الاستخدامات:

فى الإلكترونيات: تساعد النانو تكنولوجي فى زيادة كفاءة الأجهزة الإلكترونية وفى نفس الوقت تصغير حجمها والحد من الطاقة المستهلكة لتشغيل تلك الأجهزة.

فى الخلايا الشمسية: إستطاع العلماء تصنيع خلايا شمسية نانوية بتكلفة أقل بكثير من الخلايا الشمسية التقليدية.

 

فى الطعام: تساهم النانو تكنولوجي فى تطوير علم الغذاء بداية من زراعة الحبوب وحتى تعبئتها ، وتساعد على تحسين جودة الطعام وزيادة الفائدة الغذائية له والحفاظ على سلامته.

فى الطب: يعمل الباحثون حالياً على تطوير جسيمات نانوية بحجم الجزيئات لتساعد على نقل الدواء مباشرة إلى الخلايا المصابة بالأمراض، وقد صمم علماء من الجامعة الوطنية الروسية للبحوث التكنولوجية منذ بضعة أشهر جزيئات نانوية هجينة ضد السرطان والبكتيريا.

 

فى صناعة البطاريات: عن طريق استخدام النانو تكنولوجي فى صناعة البطاريات استطاعت بعض الشركات تطوير بطاريات لا تفسد إذا لم يتم إستخدامها لفترة طويلة.

فى الفضاء: سوف يؤدى إستخدام تقنية النانو تكنولوجي إلى جعل السفر عبر الفضاء أكثر عملية. فعن طريق إستخدام المواد النانوية فى تصنيع المركبات الفضائية سوف نتمكن من تخفيف وزنها وبالتالى يمكن الحد بشكل كبير من كمية الوقود الضرورى لدفعها ، وسوف تؤدي هذه التطبيقات إلى تخفيض تكلفة السفر إلى الفضاء.

فى تنقية الهواء: يمكن إستخدام تقنية النانو تكنولوجي فى تحويل العوادم التى تخرج من السيارات والمصانع إلى غازات غير ضارة.

فى معالجة الماء: تستخدم النانو تكنولوجي في إزالة النفايات الصناعية  من المياه الجوفية.حيث يمكن استخدام الجسيمات النانوية لتحويل المادة الكيميائية الملوثة إلى مواد غير ضارة. وقد أظهرت الدراسات أن هذه الطريقة يمكن استخدامها بنجاح للوصول إلى الملوثات المنتشرة في الأحواض الأرضية وبتكلفة أقل بكثير من الطرق التي تتطلب ضخ المياه من الأرض للمعالجة.

فى الرياضة: وتستخدم تطبيقات تكنولوجيا النانو في الساحة الرياضية بشكل أساسى فى زيادة قوة مضارب التنس، وتحسين جودة كرات التنس حيث تقلل معدل فقدها للهواء.

وما زالت تقنية النانو تكنولوجى تغزو المجالات المختلفة فما ذكرناه لا يمثل إلا غيض من فيض لتطبيقات تلك التقنية فى مجالات حياتنا، وما زال مستقبل تلك التكنولوجيا يحمل المزيد والمزيد، فالمجال خصب وصالح لتطوير تلك التقنية وتسخيرها لخدمة البشرية بشكل أكبر.

تشمل معامل براكسيلابس الإفتراضية مجموعة من تجارب الفيزياء والكيمياء والبايولوجيا، يمكنك تجربة نسختك المجانية من هنا.

عن مصطفى الحشاش

Avatar
مساعد باحث بقسم الجيولوجيا جامعة عين شمس ومهتم بتقنيات التعليم والبحث العلمي.

شاهد أيضاً

الجسيمات دون الذرية وأشهر أنواعها

ما زال العالم ملئ بالأسرار الغامضة التى لم نكتشفها بعد، وما زال العلماء يحاولون جاهدين …

اترك تعليقاً

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