النانوتكنولوجي : هي تكنولوجيا المواد المتناهية في الصغر، وهي تقنيات تصنع على مقياس النانو متر (أصغر وحدة قياس مترية تبلغ واحد من الف من مليون من المتر) وهو المقياس الذي يستخدمه العلماء عند قياس الذرة والالكترونات التي تدور حول نواة الذرة.
النانو هو واحد من مليار من المتر،
نانو= 1000000000 / 1وهو جزء من مليار جزء و وحجم النانو أصغر بحوالي 80.000 مرة من قطر الشعرة.
تتلخص فكرة استخدام تقنية النانو في إعادة ترتيب الذرات التي تتكون منها المواد في وضعها الصحيح، وكلما تغير الترتيب الذري للمادة كلما تغير الناتج منها إلى حد كبير. وبمعنى آخر فإنه يتم تصنيع المنتجات المصنعة من الذرات، وتعتمد خصائص هذه المنتجات على كيفية ترتيب هذه الذرات، فإذا قمنا بإعادة ترتيب الذرات في الفحم يمكننا الحصول على ألماس، وإذا قمنا بإعادة ترتيب الذرات في الرمل وأضفنا بعض العناصر يمكننا تصنيع رقائق الكمبيوتر.
في عام 1986، وضع عالم الرياضيات الاميركي اريك دريكسلر، كتاباً اسمه “محركات التكوين”، بسَّط فيه الافكار الاساس لعلم النانوتكنولوجيا. وعرض فيه ايضاً المخاطر الكبرى المرافقة له. تتمثل الفكرة الاساس في الكتاب بان الكون كله مكون من ذرات وجزيئيات، وأن لا بد من نشوء تكنولوجيا للسيطرة على هذه المكونات الاساس. واذا عرفنا تركيب المواد، يمكن صناعة اي مادة، او اي شيء، بواسطة رصف مكوناتها الذرية ورصها الواحدة تلو الاخرى.
أصل مصطلح التكنولوجيا النانوية أو النانوتكنولوجي
تم إدخال مصطلح التكنولوجيا النانوية لأول مرة عام 1974 وذلك من قبل الباحث الياباني نوريو تانيغوشي عندما حاول بهذا المصطلح التعبير عن وسائل وسطرق تصنيع وعمليات تشغيل عناصر ميكانيكية وكهربائية بدقة ميكروية عالية. أما البوابة إلى عالم الذرات فقد تم فتحها عام 1982 عن طريق الباحثين السويسريين جيرد بينيغ وهاينريش رورير، حيث قاما بتطوير الميكروسكوب الأكثر دقة من أجل مراقبة الذرات وإمكانية التأثير بها وإزاحتها وبعد إنجازهما المشترك بأربع سنوات 1986 حصلا على جائزة نوبل. في عام 1991 اكتشف الباحث الياباني سوميو ليجيما الأنابيب النانوية المؤلفة فقط من شبكة من الذرات الكربونية وبالقياس تم الحصول على مقاومة شد أعلى من مقاومة شد الفولاذ بعشرة مرات وأكثر قساوة واستقراراً من الماس بمرتين على الأقل. إن الطلب على المنتجات النانوية آخذاً بالازدياد والنمو، ففي عام 2001 بلغ معدل الإنفاق العالمي على المجال النانوي حوالي 54 مليار يورو، هذا وتشير التوقعات بأن هذا المبلغ يتضاعف سنويا.
البناء باستخدام الذرات
الذرات هي وحدة البناء الرئيسية لكل المواد، والأجسام عبارة عن خلايا مكونة من تجمع لعدد هائل من الذرات بطريقة معينة هذه الخلايا عبارة عن آلات نانوية طبيعية لا دخل للإنسان فيها. كما أن المواد التي نشتريها هي أيضا عبارة عن ترتيب معين للذرات لتكون تلك المواد.
الفكرة الأساسية لعمل النانوتكنولوجي
تعتمد التكنولوجيا النانوية على التشبيك والتنسيق بين العلوم البيولوجية والفيزيائية والكيميائية والميكانيكية والإلكترونية وعلم المواد وتقنية المعلومات وذلك من أجل دراسة الهياكل البنائية للمادة الحية واللاحية، وكما حدث في القرن العشرين من تبدل في حياة الشعوب كنتيجة لثورة المعلومات والاتصالات بدأت علائم تبدل جذري جديد بالظهور بفعل التطور الهائل في مجال التكنولوجيا النانوية والبيولوجية والنانوبيولوجية والميكروية والبصرية.
وتستخدم تقنية “النانو تكنولوجيا” أساسا في معالجة المياه وتحليل الهواء ومراقبة مكونات جزيئاته قصد إيجاد آليات متطورة يمكن تسخيرها للحفاظ على سلامة البيئة وميزة “النانو تكنولوجيا” أنها تعتمد أساسا الطاقة النظيفة والآمنة والرخيصة الثمن.
وتنفق الحكومة الأميركية قرابة مليار دولار سنوياً على أبحاث النانوتكنولوجيا كما يخصص المعهد الوطني الأميركي للسرطان 144 مليون دولار على خمس سنوات لدراسة استخدام النانوتكنولوجيا في تشخيص السرطان والسيطرة عليه وعلاجه.
هناك ثلاثة مراحل للوصول إلى مواد وأجهزة وآلات مصنعة بالتكنولوجيا النانوية هي:
(1) العلماء عليهم أن يتمكنوا من التأثير والتحكم بكل ذرة من الذرات المكون للمادة، وهذا يعني تطوير طريقة للامساك بالذرة وتحريكها إلى المكان المطلوب، وفي الحقيقة تمكنت شركة IBM في العام 1990 من كتابة اسم الشركة على بواسطة ترتيب 35 ذرة من ذرات عنصر الزينون على سطح بلورة من النيكل واستخدموا علماء شركة IBM في ذلك جهاز الميكروسكوب الذري atomic force microscopy
(2) المرحلة الثانية وهي تطوير آلات نانوية تسمى المجمع assembler، تبرمج مسبقاً لتتحكم في الذرات والجزيئات،وحيث أن مجمع واحد يحتاج إلى آلاف السنين ليصنع مادة من نوع واحد من الذرات لذلك فإن المطلوب هو ملايين من هذه المجمعات تعمل مع بعضها البعض لتصنع جهاز أو آلة أو مادة.
(3) ليتمكن العلماء من تطوير ملايين المجمعات فإن أجهزة نانوية تسمى المستنسخات replicators تكون مبرمجة لتبني هذه المجمعات.
نستنتج مما سبق أن التكنولجيا النانوية تحتاج إلى بلايين من المستنسخات لبناء البلايين من المجمعات وهذه لن يزيد حجمها عن مكعب بحجم 1 ميليمتر مكعب والتي بدورها تتحكم في الذرات.
هذا كله لن يرى بالعين المجردة وهذا يعني أن أيدي عاملة من نوع جديد بانتظارنا!
بعض تطبيقات التكنولوجيا النانوية
1- نجح الباحثون الألمان واليابانيون في إنتاج مسحوق نانوي عبارة عن ذرات ذهبية دقيقة للغاية وذلك لأجل تنظيف دورات المياه دون بذل جهد
2- معالجة المياه الآسنة والنفايات السائلة الناتجة عن المصانع وذلك عن طريق ضخ جزيئات نانوية عبر التربة لتصل بذلك إلى أماكن تواجد النفايات بغية هدمها وتحويلها إلى مواد غير ضارة عبر تفاعلات كيميائية خاصة.
3 – حفظ المخطوطات القديمة وحمايتها من التف وتأثير العوامل الخارجية
4- في عالم الميكانيكا الهندسية حقق الباحثون نتائج مذهلة في مجال السيطرة على عمليات الاهتراء والصدأ والتآكل الميكانيكي والكيميائي
5- تخزين المعلومات في ذرات قليلة وقراءتها
6- في مجال الطلاء والعزل والمساهمة في تخفيف وزن السيارات
7- توصل العلماء إلى طريقة علمية لمكافحة البكتيريا القاتلة التي طورت مقاومة ضد المضادات الحيوية والبكتريا المحورة وراثيا المستخدمة عادة في الحرب البيولوجية باستخدام ادوية تعرف بـ النانوبيوتيكس
8- أما في المجال العسكري نجحت الولايات المتحدة من تأسيس معهد البحوث التكنونانوية العسكرية وذلك لتمكين الجنود من استخدام مواد تكنونانوية تساعدهم من تخفيف الوزن وحمايتهم من تقلبات المناخ والإشعاع.
Nanotechnology
Nanotechnology is an emerging and promising field of research, loosely defined as the study of functional structures with dimensions in the 1-1000 nanometer range. Certainly, many organic chemists have designed and fabricated such structures for decades via chemical synthesis. During the last decade, however, developments in the areas of surface microscopy, silicon fabrication, biochemistry, physical chemistry, and computational engineering have converged to provide remarkable capabilities for understanding, fabricating and manipulating structures at the atomic level.
Research in nanoscience is exploding, both because of the intellectual allure of constructing matter and molecules one atom at a time, and because the new technical capabilities permit creation of materials and devices with significant societal impact. The rapid evolution of this new science and the opportunities for its application promise that nanotechnology will become one of the dominant technologies of the 21st century. Nanotechnology represents a central direction for the future of chemistry that is increasingly interdisciplinary and ecumenical in application.
مواضيع مشابهة :
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق