تطبيقات تقنية النانو تكنولوجي في المجالات المختلفة

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”.

و تهتم تقنية النانو بخواص المواد، وتتنوع مجالاتها بشكل واسع من أشباه الموصلات إلى طرق حديثة تماما معتمدة على التجميع الذاتي الجزيئي.

في هذا المقال سنتحدث عن النانوتكنولوجي وتصنيف المواد النانونية وأشهر تطبيقات النانو تكنولوجي.

ابدا تجربتك الان فى معامل براكسيلابس ثلاثيه الابعاد!

 

تقنية النانو تكنولوجي| أهم تطبيقات النانو تكنولوجي في المجالات المختلفة

 تقنية النانو تكنولوجي

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.

الوان أجنحة الفراشات- مثال على المواد النانوية

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 أحادية الأبعاد التي توجد في علب التغليف المعدنية

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.

مع براكسيلابس يمكنك إجراء تجارب العلوم من أي مكان باستخدام المعامل الافتراضية الثلاثية الأبعاد

 

ابدا تجاربك مع براكسيلابس الان مجانا!

 

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(هُنا تكمن أهمية النانوتكنولوجي). ولذلك تتنوع تطبيقات النانو تكنولوجي فى مجالات الحياة المختلفة كالطاقة والطب والزراعة والإلكترونيات وغيرها، وسوف نستعرض الآن بعض استخدامات النانو تكنولوجي :

تطبيقات النانو تكنولوجي فى الإلكترونيات

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

يوضح الفيديو التالي تطبيق تقنية النانوتكنولجي وأهميتها بالنسبة للأجهزة الالكترونية.

تطبيقات النانو تكنولوجي فى الخلايا الشمسية

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

تطبيقات النانو تكنولوجي في الكيمياء

تركز تقنية النانو في الكيمياء على عملية تجميع الذرات المنفردة في جزيئات أكبر والسلوك الناتج عن القيام بذلك؛ فهذه العملية تعتبر من أكبر فوائد كيمياء النانو لابتكار مواد ومنتجات جديدة.

فالجسيمات النانوية تساعد على هضم الأدوية في جسم الإنسان بشكلٍ أفضل، و لها دور في تسهيل إنتاج هذه الأدوية، كما يُعتمد عليها أيضًا في إنتاج أدوية العلاج الكيميائي لخلايا السرطان.

معظم واقيات الشمس تُصنع اليوم من جسيمات النانو، فهي فعالة للغاية في امتصاص الضوء حتى في مستويات الأشعة فوق البنفسجية الخطيرة، كما أنها تنتشر بسرعة أكبر في الجلد، وتستفيد المصانع من ميزتها في امتصاص الأشعة فوق البنفسجية من خلال إدخالها في تركيبة مواد التغليف الخاصة بالأغذية.

تطبيقات النانو تكنولوجي فى مجال الزراعة و 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.

تطبيقات النانو تكنولوجي 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.

كما يتم إنتاج أدوات تشخيص طبي أكثر فعالية وسرعة باستخدام تقنية النانو تكنولوجي ، وتطوير مختبر على رقاقة لإتاحة تشخيص طبي دقيق ومباشر في دقائق.

تطبيقات النانو تكنولوجي فى الصناعة 

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

يمكن أيضًا تحسين كفاءة استهلاك الوقود في السيارات إلى جانب المساعدة في مقاومة التآكل، وذلك من خلال بناء أجزاء السيارة من مواد متناهية في الصغر والتي تتميز بأنها أخف وزنًا وأشد قوةً وأكثر مقاومةً للتفاعلات الكيميائية من المعدن.

تطبيقات النانو تكنولوجي فى الفضاء

سوف يؤدى استخدام تقنية النانو تكنولوجي إلى جعل السفر عبر الفضاء أكثر عملية. فعن طريق استخدام 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.

تطبيقات النانو تكنولوجي فى تنقية الهواء

 يمكن استخدام تقنية النانو تكنولوجي فى تحويل العوادم التى تخرج من السيارات والمصانع إلى غازات غير ضارة.

ابدا تجربتك المعمليه عبر الانترنت الان!

 

تطبيقات النانو تكنولوجي في مجال الطاقة

توفر تقنيات النانو إمكانات تحسين أساسية لتطوير مصادر الطاقة التقليدية (الوقود الأحفوري والنووي) ومصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الحرارية الأرضية أو الشمس أو الرياح أو المياه أو المد والجزر أو الكتلة الحيوية.

فمثًلا تسمح مجسات الحفر المطلية بالنانو المقاومة للتآكل بتحسين عمر وكفاءة الأنظمة لتطوير رواسب النفط والغاز الطبيعي أو الطاقة الحرارية الجوفية وبالتالي توفير التكاليف.

ومن الأمثلة الأخرى مواد متناهية الصغر عالية التحمل للشفرات الدوارة الأخف وزناً والأكثر صلابة لمحطات طاقة الرياح والمد والجزر بالإضافة إلى طبقات الحماية من التآكل و كذلك تآكل المكونات المجهدة ميكانيكيًا (المحامل ، علب التروس ، إلخ).

وكما وضحنا سابقا،سوف تلعب تقنيات النانو دورًا حاسمًا على وجه الخصوص في الاستخدام المكثف للطاقة الشمسية من خلال الأنظمة الكهروضوئية. في حالة الخلايا الشمسية السليكونية البلورية التقليدية ، على سبيل المثال، يمكن تحقيق زيادات في الكفاءة من خلال طبقات مضادة للانعكاس لزيادة إنتاجية الضوء.

تطبيقات النانو تكنولوجي 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.

تطبيقات تقنية النانو في الفيزياء

تقنية النانو تتعامل مع أي ظواهر أو بنايات على مستوى النانو الصغير. مثل هذه الظواهر النانوية يمكن أن تتضمن هذه الظواهر النانوية 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.

تطبيقات النانو تكنولوجي فى المجال الرياضي

 تستخدم تطبيقات تكنولوجيا النانو في الساحة الرياضية بشكل أساسى، فمثلا الأنابيب النانوية الكربونية مفيدة في جوانب عديدة، مثل إنتاج معدات أكثر متانة وأخف وزنًا متعلقة بالنشاطات الرياضية كمضارب التنس فهي تعمل على زيادة قوة مضارب التنس، وتحسين جودة كرات التنس حيث تقلل معدل فقدها للهواء.

تطبيقات النانو تكنولوجي فى المجال الرياضي- كرة التنس

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.

 

قم بالتسجيل لبدء الإصدار التجريبي المجاني الخاص بك!

عن مصطفى الحشاش

مصطفى الحشاش
كاتب المحتوى العلمي لبراكسيلابس.

شاهد أيضاً

القوى المتوازنة وغير المتوازنة مع أكثر من 20 مثالاً

اكتشف عالم القوى المتوازنة وغير المتوازنة… مع أكثر من 20 مثالاً وسؤالاً

مصطلح “القوة” هو أحد المصطلحات الأساسية المستخدمة في الفيزياء. ففي كل مرة وفي كل مكان، …