أقسام الوصول السريع ( مربع البحث )

تقنية النانو.. شرح وافي وتفصيلي

ابتدأت المفاهيم والأفكار تتشكل من أجل علم تقنية النانو منذ فترة طويلة قبل أن يتم استخدامها، وذلك عندما قام الفيزيائي ريتشارد فاينمان باجتماع مع الجمعية الأمريكية للفيزياء في معهد كاليفورنيا، والذي قام بوصف عملية يتمكّن العلماء من خلالها من التأثير والتحكم بالحزيئات والذرات الفردية.


تقنية النانو علم ام خيال؟ 

الكلمة المتداولة حالياً والمشتقة من الكلمة الإغريقية التي تدعى "نانوس"، و هي تعني القزم، المقصود بها بها كل شيء صغير، أما الآن فتعني تقنية المواد اللانهائية في الصغر.

عندما تتفوق تطبيقات وانجازات علم ما على عمره الثلاثيني، هذا يعني أنه جدير بالاطلاع والمعرفة. هذه هي تقنية النانو، وهي التي تعود فكرتها للعالم "ريتشارد فاينمان" الحاصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1965 وقد أشار في العام 1959 لأول مرة في التاريخ إلى وجود غرف كثيرة في الأسفل. وهنا كانت شرارة العلم الجديد، أعقبه العالم إيريك دركسلر الذي صاغ مصطلح "تقنية النانو" في 1986، وهذا العلم هو الذي يختص بحجم 0.1 وَ 100 نانومتر، حيث تبرز صفات كيميائية وفيزيائية مميزة ناجمة عن زيادة المساحة السطحية مقارنة بالحجم .


تقنية النانو.. شرح وافي وتفصيلي


ما هي تقنية النانو؟

إن هذه التقنية هي عبارة عن وحدة صغيرة جداً تستخدم في القياس، إذ أن النانو الواحد يساوي مليون ميلي متر، وبالتالي من المستحيل أن يتم رؤيته في العين بشكل مجرد أو حتى البعض من المكبرات البسيطة. يتم استخدام النانو في القياسات الذرية وذلك من أجل أن يتم تحديد الأحجام الخاصة بجزيئات المادة بها، ووفقاً لذلك من الممكن تعريف مفهوم تقنية النانو بأنها العلم الذي يقوم بدراسة القدرة على تغيير المادة على صعيد النانو، وذلك من أجل إنتاج أجهزة متطورة ومواد جديدة من أج خدمة مصالح الإنسان في العديد من المجالات المتنوعة والمختلفة.

ويجب الإشارة إلى أن مفهوم تقنية النانو هو واحد من المفاهيم القديمة العلمية والتي تطرّق إليها وتوسّع بها العالم الشهير "ريتشير فينمان"، وذلك خلال عام 1959 م أثناء محاضرة قام بإلقائها ضمن الجمعية الأمريكية الفيزيائية، إذ أنه قال بأنه يوجد حيّز واسع وكبير بداخل الذرة، بالإضافة إلى أن هذا الأمر في ذلك الوقت لم يتم أخذه في عين الاعتبار.


ما هي الصعوبات التي تواجه تقنية النانو؟

هناك مجموعة من الصعوبات والعوائق التي تقوم بمواجهة تقنية النانو الشهيرة، وهي على الشكل التالي:

  1. الصعوبة في التحكم والسيطرة على جزيئات المواد، بعد أن يتم إزالتها وتغيير أماكنها وذلك من أجل توجيهها ونقلها إلى أماكن حديثة وجديدة.
  2. عدم القدرة على التوقع والتنبؤ بالنتائج المتعلقة بتغيير الجزيئات، وهذا قد يشير إلى ظهور البعض من نتائج ليست متوقعة وغير مرغوب بها.
  3. صغر الحجم الخاص بالجزيئات الموجودة في المادة، وهذا يعني صعوبة التحكم بها والسيطرة عليها، بافضافة إلى عدم القدرة على إدراكها.

ما هي استخدامات تقنية النانو؟

هناك العديد من الاستخدامات التي تتعلق بتقنية النانو الشهيرة وضمن العديد من المجالات، وأهمها ما يلي:

  • في مجال الطيران: إن وكالة الطيران والفضاء الأمريكية ناسا قامت بصناعة العديد من الآلات الدقيقة والتي تعمل بتقنية النانو الشهيرة، وذلك من أجل أن يتم حقنها ضمن الأجسام الخاصة بروّاد الفضاء، بهدف أن يتم مراقبة أوضاع أجسامهم الصحية خطوة بخطوة، والتعامل معها بشكل عاجل وفوري من دون إرسال الطبيب.

  • في المجال الطبي: إن العلماء قد تمكّنوا من صناعة مجموعة من الآلات الدقيقة والتي يكون حجمها مقارباً لحجم كريات الدم، وذلك من أجل المساهمة في علاج عدد كبير من الأمراض التي تكون بحاجة إلى القيام بالعمليات الجراحية، على سبيل المثال الأورام وكذلك الانسدادات بداخل الشرايين والأوعية، بالإضافة إلى أن الباحث الإيطالي والمعروف باسم "سيلفانو دراغونييري" من جامعة باري قام باختراع أنف الكتروني من خلال استخدام عدد كبير من الأنابيب الكربونية النانوية والتي بدورها تعمل على القيام بتشخيص أمراض السرطان، وذلك عن طريق تحليل الهواء الذي يخرج خلال عملية الزفير وليس الشهيق من الرئتين.

  • ضمن مجال الصناعة: تم استخدام تقنية النانو ضمن صناعة الملابس الذكية والتي تعمل على القيام بإنتاج وتوليد الطاقة، بالإضافة إلى أنها تقوم بإزالة وتنظيف الجراثيم والأوساخ بشكل تلقائي وذاتي، بالإضافة إلى تصنيع المواد القاسية والصلبة التي تتخطى صلابة مادة الفولاذ، بالرغم من أن وزنها خفيف للغاية. وليس هذا فقط بل أيضاً ضمن هذا المجال وياستخدام تقنية النانو تم تصنيع زجاج من أجل الامتناع عن استقبال الأتربة أي أنه يقوم بطردها ولا يوصل الحرارة بل يعزلها. ومن الجدير ذكره أن تقنية النانو تم توظيفها في مجال الصناعة من أجل القيام بتصنيع شاشات ذات أبعاد ثلاثية أكثر ما يميّزها أنها شفافة للغاية وقادرة على الانثناء والطيّ.

اُخترعت أنابيب الكاربون النانوي في عام 1991، المعروفة بأنها تكون أخف ست مرات وأقوى مئة مرة من الحديد، وقد استعملت في صناعة الألياف و رقائق الحاسوب والبلاستك الصلد ومتحسسات الغازات السامة.

كما نجح بعض الباحثون في وضع البروتينات والحمض النووي (دي إن أي) والبكتيريا والفيروسات والأحياء المجهرية الأخرى لبناء مواد نانوية. وتشهد تقنية النانو حالياً تطورات من أهمها إنتاج الطاقة وتخزينها وتحويلها، وتصنيع المواد الذكية في الاتصالات، وغيرها الكثير.



  • في مجال الطاقة: أما في مجال الطاقة فقد تم توظيف تقنية النانو من أجل المساعدة على إنتاج بطاريات للتخزين، قادرة على تخزين كميات هائلة وضخمة من الطاقة وذلك من أجل فترات طويلة، ومنه نستنتج أن من خلال تقنية النانو تم إنتاج السيارات التي تعمل باستخدام الطاقة النظيفة وبتكلفة قليلة وليست باهظة الثمن، بالإضافة إلى أنها لا تعتمد على النفط إطلاقاً.

  • مجال الانتاجية :  يقدّر حجم السلع المصنعة بتقنية النانو بنحو أكثر من 1.6 تريليون دولار أميركي، حصة الولايات المتحدة الأميركية منها 35%، وتأتي بعدها الصين وكوريا الجنوبية والهند والبرازيل وألمانيا وفرنسا، وقد تمّ استثمار مجال بحوث النانو على امتداد 15 عاما الأخيرة نحو 20 مليار دولار في الولايات المتحدة، وسُجلت أكثر من 440 براءة اختراع فيها، و100 في كوريا الجنوبية، و96 في اليابان، و55 في تايوان، و18 في ألمانيا، 17 في الصين، 12 في فرنسا، وكذلك10 في المملكة المتحدة، و9 في الهند، بالإضافة إلى4 في إيطاليا، واحتلت الولايات المتحدة الدول الناشرة للبحوث العلمية في هذا المجال بواقع 8657 بحثاً، وجاءت الصين في المرتبة الثانية بواقع 6124 بحثاً، واليابان بمعدل 3032 بحثاً، وألمانيا بِ2581 بحث، بينما يقدر الإنتاج العام للدول العربية بـ173 براءة اختراع و4686 بحث، وهذا يدل على قلة الدعم للبحث العلمي وخطورة الوضع الحالي في الدول العربية في المستقبل ما لم تتم معالجته.

  • المنزليات والأنسجة : وقد يكون الأحدث في مجال الأدوات المنزلية: التنظيف الذاتي أو الأسطح (سهلة التنظيف) على السيراميك أو الزجاج، وقد طورت جزيئات السيراميك النانوية لمقاومة الحرارة للأجهزة المنزلية العامة. بالإضافة إلى المنسوجات الجديدة الطاردة للبقع، حيث أصبحت الملابس ذكية جدا لتوفر نظام الرعاية الصحية الشخصية، وذلك استجابة لتغيرات الطقس، عن طريق دمج "إلكترونيات قابلة للارتداء". وأيضا توفر خصائص مضادة للجراثيم والمواد الكيميائية السامة.

  • الأغذية والزراعة: تعد عمليات ضبط الجودة الغذائية والتعرف على البكتيريا باستخدام أنظمة حفظ الغذاء النشطة والذكية، بالإضافة إلى عملية التغليف النانوية لمكونات الأغذية أمثلة قليلة جدا لعمليات دمج تقنية النانو في مجال تصنيع الأغذية.

ولا يمكن أن تخلو تقنية "النانو" من القدرة الهائلة على تحسين قطاع الزراعة وسلسلة إنتاج الغذاء بالكامل، من عملية الإنتاج و عملية الحفظ، والتعبئة، والنقل، والتجهيز، ومعالجة النفايات، بالإضافة إلى مواجهة الأمن الغذائي

  • تحلية المياه: تحلية المياه هي عملية إزالة كل الأملاح الزائدة والمعادن من المياه، أو جزء منها. ويتم تحلية المياه لكي يصبح من الممكن استخدامها في الحياة العملية مثل الشرب والزراعة والصناعة والأدوية.

وتهتم عدد كبير من الدول المطلة على البحار بشكل عام بتقنية النانو عن طريق صناعة أغشية نانوية يمكنها تنقية المياه من الأملاح والمواد السامة بكفاءة عالية وسرعة كبيرة، ومن المتوقع خلال العشر سنوات الآتية أن تنمو هذه التقنية بشكل ضخم باستخدام جسيمات مغناطيسية نانوية لإستخدامها لتصفية مياه البحار من الشوائب والسموم.

  • الخلايا الشمسية: تساعد الخلايا الشمسية المطورة بتقنية "النانو" على زيادة كفاءة تحويل الضوء باستخدام الغرافين أو البقع الكمومية وتصل كفاءتها إلى ما بين 30 و40% حاليا. بالإضافة إلى أنها تساهم في زيادة تقليص الملوثات المنبعثة من محرك الاحتراق عن طريق استخدام مرشحات نانوية يمكنها تنقية وتنظيف العوادم ميكانيكياً عن طريق المحولات المحفزة والقائمة على جزيئات المعادن النبيلة النانوية أو عن طريق المغلفات المحفزة الموجودة على جدران الأسطوانة والجزيئات النانوية المحفزة.

ما هي الأضرار الصحية الناتجة عن تقنية النانو؟

بالرغم من فوائد تقنية النانو المتعددة والكبيرة، إلا ان هناك العديد من الأضرار لها، والتي يمكننا تلخيصها على الشكل التالي:

  1. لها دور في التسبب بظهور مجموعة من الأورام الخبيثة والتي يتم التعامل معها بشكل سريع ومباشر.
  2. لها خطورة على صحة الإنسان، وذلك بسبب المواد المصنّعة لها عن طريق استخدام الأنابيب النانويّة، بالإضافة إلى سهولة دخولها من خلال مسام الجلد أو من خلال الاستنشاق، وذلك نتيجة لطابعها المجهري، وفي حال قامت بالدخول إلى جسم الإنسان، فسيصبح من الصعب للغاية التخلص منها، وذلك لأنه لا يوجد حتى يومنا هذا أي علاج طبي لها.

ما هي فوائد تقنية النانو؟

ساعدت تقنية النانو بالكثير من الفوائد التي لها دور في مجالات متعددة ضمن حياتنا اليومية، حيث أنها ساعدت وبشكل كبير على تحسين مجموعة واسعة من القطاعات الصناعية والتكنولوجية، على سبيل المثال ساعدت في تطور تكنولوجيا المعلومات والطب والطاقة والأمن الوطني والسلامة الغذائية وعلوم البيئة، بالإضافة إلى العديد من الأمور والمجالات الأخرى، بالإضافة إلى دورها الكبير في عملية تكييف الهياكل ضمن المقاييس الصغيرة والدقيقة للغاية، وذلك من أجل تحقيق ميزات وخصائص معينة لها، وهناك الكثير من الفوائد الأخرى لتقنية النانو الشهيرة ولكن قمنا بذكر أهمها.

تعليقات