النانو

أ. مصعب الناصر

ما هو علم النانو وتقنية النانو؟

يتضمن علم النانو :

البحث لاكتشاف سلوكات وخواص جديدة للمواد في أبعاد على مقياس نانوي. والتي أبعادها تقريباً (من 1 إلى 100) نانومتر.

تقنية النانو هي:

الطريقة التي توضع فيها الاكتشافات المصنوعة على مقياس النانو في العمل. إنها أكثر من مجرد جمع عدة مواد ذات مقياس نانوي. إنها تتطلب القدرة على التعامل والتحكم بهذه المواد بطريقة مفيدة.

ما هو الشيء الخاص في المقياس النانوي؟

باختصار، إن المواد في المقياس النانوي يمكن أن تمتلك خواص مختلفة. بعض تصبح أحسن توصيلاً كهربائياً أو حرارياً، بعضها تصبح أقوى، بعضها تصبح تمتلك خواص مغناطيسية مختلفة، والبعض الآخر تعكس الضوء بشكل أفضل، وبعضها تتغير ألوانها بتغير حجمها.

المساحة السطحية:

المواد ذات المقياس النانوي تمتلك أيضاً مساحات سطحية أكبر بكثير من أحجام متشابهة لمواد ذات مقياس أكبر، وهذا يعني توفر مساحة أكبر للتفاعلات مع المواد التي حولها.

ما هي أهمية المساحة السطحية؟

بمقارنة قطعة من اللبان (العلكة) مضغت على شكل حشوة مع شد هذه العلكة على شكل صفيحة رقيقة قدر الإمكان، السطح، أو المساحة المرئية الخارجية، أكبر بكثير للقطعة المشدودة منها للقطعة الممضوغة، إن العلكة الممدودة من المرجح أن تجف وتصبح هشة أسرع من تلك الممضوغة وذلك لأنها (الممدودة) لها تماس سطحي أكبر مع الهواء الذي يتحرك حولها.

كم هو صغر النانومتر؟

يحدد النانومتر بجزء من بليون من المتر. كم هو صغر ذلك؟ هذه بعض الطرق للتفكير حول ذلك:

إن صفحة من الورق يبلغ سمكها 100.000 نانومتر.

الشعرة الشقراء يبلغ قطرها على الأرجح 15.000 إلى 50.000 نانومتر، لكن الشعرة السوداء من المرجح أن يكون قطرها من 50.000 إلى 180.000 نانومتر

هناك 25.400.000 نانومتر في الإنش الواحد.

النانومتر يعادل 1 من مليون من المليمتر.

أين توجد المواد ذات المقياس النانوي؟

المواد ذات المقياس النانوي والتأثير النانوي توجد في الطبيعة في كل مكان حولنا. أسرار الطبيعة للبناء من المقياس النانوي تنتج عمليات وآلية يأمل العلماء في تقليدها. قام الباحثون سابقاً بنسخ البنية النانوية لأوراق نبات زهرة اللوتس لإنتاج سطوح مضادة للماء تستخدم اليوم لعمل ملابس مضادة للتلطخ، لإنتاج أنسجة أخرى، ومواد أخرى، بينما قام آخرون بتقليد قوة ومرونة نسيج العنكبوت، الذي عزز طبيعياً بالبلورات النانوية.

إن كثيراً من الوظائف المهمة في حياة الكائنات الحية تحدث وفق المقياس النانوي، إن أجسامنا وأجسام جميع الحيوانات تستخدم مواد طبيعية ذات مقياس نانوي، مثل البروتينات والجزيئات الأخرى، للتحكم بالعديد من أنظمة وعمليات أجسامنا. إن بروتين نموذجي مثل الهيموجلوبين، والذي يحمل الأكسجين خلال مجرى الدم يبلغ قطره 5 نانومتر، أو 5 أجزاء من البليون من المتر.

المواد النانوية تحيط بنا من كل جانب، في دخان النار، الرماد البركاني، رذاذ البحر، كما في المنتجات الناشئة عن عمليات الاحتراق. إن بعض هذه المواد وضعت في الاستخدام منذ قرون. إن مادة مثل الذهب (النانوي)، استخدمت في الزجاج المصبوغ والخزف منذ القرن العاشر، ولكن تطلب 10 قرون أخرى قبل أن تتطور المجاهير عالية القدرة والمعدات الدقيقة لكي تسمح للمواد النانوية بأن تتخيل وتستدعى.

ما هو السلوك النانوي؟

في المقياس النانوي، تتصرف الأجسام بشكل مختلف تماماً عن تصرفها في المقاييس الأكبر، الذهب في المقياس الكبير على سبيل المثال موصل ممتاز للحرارة والكهرباء، ولكن ليس للضوء. لكن جسيمات الذهب النانوية المبنية بشكل مناسب، تبدأ بامتصاص الضوء وبإمكانها تحويل ذلك الضوء إلى حرارة، حرارة كافية. في الحقيقة، هذا يجعلها تعمل كمشرط حراري مصغر يمكن من خلاله قتل الخلايا غير المرغوبة في الجسم، مثل الخلايا السرطانية.

بعض المواد الأخرى يمكن أن تصيح أقوى بشكل ملاحظ عندما تبنى على مقياس نانوي. على سبيل المثال، فأنابيب الكربون النانوية التي يبلغ قطرها 0.00001 من قطر شعر الإنسان، قوية بشكل لا يصدق. إنها تستخدم في صناعة الدراجات الهوائية، مضارب لعبة البيسبول، وبعض أجزاء السيارات في وقتنا الحالي. بعض العلماء يفكرون بإمكانية جميع أنابيب الكربون النانوية مع البلاستيك لصناعة مركب أخف بكثير من الفولاذ، وبنفس الوقت أكثر قوة منه. تخيل كيف يمكن توفير الطاقة إذا استبدلنا بعض المعادن المستخدمة في صناعة السيارة بمثل هذا المركب! إن أنابيب الكربون النانوية موصلة للحرارة والكهرباء أفضل من أي معدن، لذا يمكن استخدامها لحماية الطائرات من ضربات البرق، كما يمكن استخدمها في دوائر الكمبيوتر الكهربائية.