ما هي تقنية النانو تقنية جسيمات النانو تكنولوجي أو تقنية النانو تُعتبر من العلوم الحديثة التي تتعلق بدراسة معالجة خواص المادة على مستوى الذرات والجزيئات،تركّز تقنية النانو على استحداث تقنيات وطرق جديدة تُقاس أبعادها بالنانومتر، والذي يُعتبر جزءًا من ألف من الميكرومتر، أي ما يعادل جزءًا من المليون من المليمتر،تعتبر هذه التقنية ملاذًا للابتكارات العلمية والتكنولوجية في مجالات متعددة.
ما هي تقنية النانو
- تقنية النانو أصغر بكثير من أبعاد البكتيريا والخلية الحية ولا تهتم هذه التقنية بالبيولوجيا بقدر ما تهتم بخواص المواد،تتنوع مجالات تطبيقاتها بشكل واسع بدءًا من أشباه الموصلات وصولاً إلى الأساليب الحديثة القائمة على التجميع الذاتي للجزيئات.
- يتطلب تحديد القياس تغييرات في طبيعة المواد المستخدمة، حيث تتعامل تقنية النانو مع جميع الظواهر أو الهياكل على مستوى النانو.
- تشمل الظواهر النانوية أيضاً تأثير جيبس-طومسون، مما يعني أن نقطة انصهار المادة تنخفض عند تقليل حجمها إلى النانومتر، كما يتجلى ذلك في الهياكل النانوية مثل الأنابيب النانوية الكربونية.
- تواجه تقنية النانو تحديات هامة بسبب الحاجة إلى التحكم الدقيق في العد الذري بعد تفكيك المواد، مما يتطلب أجهزة دقيقة لقياس الجسيمات،بالإضافة إلى ذلك، توجد وجهات نظر متباينة حول الآثار المحتملة لتقنية النانو وضرورة ضبط استخدامها.
تاريخ تقنية النانو
- تشير الأبحاث التي قام بها ماريان ريبولد وزملاؤه في جامعة دريسدن بألمانيا إلى أن السر وراء قوة السيف الدمشقي يعود إلى صلابة ومرونة الأسلاك النانوية المحيطة بمادة السمنتيت (Fe3C).
- منذ زمن بعيد، كان هناك رغبة استخدام تقنية النانو في الصناعات مثل الصلب والمطاط، حيث تعتمد تلك الصناعات على خصائص المجموعات الذرية النانوية.
- طرح إرفينغ لانجموير وكاثرين بلودجيت في عام 1920 مفهوم النظام أحادي الطبقة، الذي يتضمن استخدام طبقة واحدة بسماكة ذرة، وهذا الطرح أكسب لانجموير جائزة نوبل في الكيمياء.
فوائد تكنولوجيا النانو
- تؤدي تقنية النانو إلى فوائد عدة تمتد عبر مختلف مجالات الحياة، إذ تلعب دورًا كبيرًا في تحسين التكنولوجيا والصناعات مثل الطاقة والطب والأمن القومي وعلوم البيئة وسلامة الغذاء،تهدف لتكييف هياكل المواد في مقاييس صغيرة للغاية لتعزيز فعاليتها.
- تستند العديد من المنتجات الاستهلاكية إلى تقنية النانو؛ مثل الأفلام الشفافة المصنوعة من الألياف النانوية التي تمنح مقاومة للماء ومضادة للانعكاس في الأجهزة الإلكترونية المختلفة.
- تقنية النانو أُدرجت في الملابس والأقمشة من خلال تحسين مقاومتها للبقع عن طريق الربط الجزيئي مع الألياف النانوية.
- كما أن هناك استخدامات للبلورات النانوية مثل أكسيد الزنك الذي يجعل واقي الشمس غير مرئي للعين البشرية، بالإضافة إلى وضع بلورات الفضة النانوية في الضمادات لقتل البكتيريا.
هيكل المادة النانوية
- يُعتبر الشكل والهيكل من الأساسيات في فهم المواد النانوية، حيث تنظم تلك المواد في أشكال مثل الأغشية الرقيقة والأسلاك النانوية والألياف النانوية،لكل هيكل تطبيقات خاصة ومميزة.
تطبيقات مواد النانو
- تشمل تطبيقات علم النانو جميع مجالات الحياة، حيث تسهم في كفاءة الأجهزة الإلكترونية وتقليل استهلاك الطاقة في الأجهزة المحمولة وأجهزة الكمبيوتر.
- تعمل تقنية النانو أيضًا على تحسين جودة المواد الغذائية وحفظها، إضافة إلى تحسين كفاءة البطاريات وتطوير مركبات فضائية خفيفة الوزن.
تسمية المواد النانوية مرتبطة بأعدادها
- تتفاوت المواد النانوية في أشكالها وأبعادها، لذا يتم تسميتها بناءً على تلك الخصائص مثل الجسيمات، الأنابيب، أو الأغشية الرقيقة.
- الأنابيب النانوية الكربونية مثلاً تحتوي على ذرات كربون بقطر محدود بينما يمكن أن تمتد طوليًا.
محاولة تخيل ذلك العالم متناهي الصغر
- يُعتبر النانومتر وحدة قياس صغيرة جدًا تصل إلى جزء من مليار من المتر، مما يجعل رؤية الجسيمات عند هذا المستوى أمرًا مستحيلًا دون استخدام التكنولوجيا الحديثة،تُظهر المقارنات الفعلية أن سمك الورقة يعادل حوالي 100000 نانومتر وسمك شعرة الإنسان حوالي 80.000 إلى 100000 نانومتر.
دور علم النانو في مجال الطب
- استخدمت مجموعات البحث الطبي الحيوي الخصائص الفريدة للمواد النانوية في تطبيقات مثل عوامل التباين لتصوير الخلايا وعلاجات السرطان، مما أدى إلى تطوير مفاهيم جديدة في التكنولوجيا الحيوية.
التشخيص
- تُعد تقنية النانو على الرقاقة أحد التطبيقات المبتكرة التي تُستخدم بها الجسيمات النانوية في تصنيف الكائنات الدقيقة.
- يمكن استخدام جزيئات الذهب النانوية لتسهيل تحديد التسلسل الجيني للعينة.
دور علم النانو في الفضاء
- تعتبر الخواص الفريدة للمواد النانوية مهمة جدًا في صناعة الطائرات والمركبات الفضائية، حيث تساهم تقنياتها في خفض الوزن و الكفاءة.
- تساعد المواد النانوية أيضًا في تقليل الحجم الكلي للمعدات مما يؤدي إلى توفير الوقود اللازم للطيران.
في هذا المقال، تناولنا مفهوم تقنية النانو وتاريخها وفوائدها وتأثيرها على مجموعة واسعة من المجالات، بما في ذلك الطب والفضاء،إن دراسة هذا المجال توفر آفاقًا جديدة ومجالات متعددة للابتكار، كما تفتح الأبواب أمام الاحتمالات المستقبلية للتقدم العلمي والتكنولوجي في العالم،سيبقى علم النانو محط اهتمام الباحثين والمطورين في مختلف المجالات، مما يعزز ذلك من دور هذا العلم في تغيير واقعنا وتطوير تقنيات جديدة تحسن من جودة الحياة.
