التقانة النانوية (بالإنجليزية: Nanotechnology) أو تقنية المنمنمات هي دراسة ابتكار تقنيات و وسائل جديدة تقاس أبعادها بالنانومتر وهو جزء من الألف من الميكرومتر أي جزء من المليون من الميليمتر. عادة تتعامل التقانة النانوية مع قياسات بين 0.1 إلى 100 نانومتر. و هذا التحديد بالقياس يقابله اتساع في طبيعة المواد المستخدمة فالتقانة النانوية فهي تتعامل مع أي ظواهر أو بنى على المستوى النانوي . مثل هذه الظواهر النانوية يمكن ان تتضمن تقييد كمومي quantum confinement التي تؤدي إلى ظواهر الكترومغناطيسية و بصرية جديدة للمادة التي تقع في الوسط بين الجزيئات النانوية و المادة الصلبة الضخمة . تتضمن الظواهر النانوية أيضا تأثير جيبس-تومسون - و هو انخفاض درجة انصهار مادة ما عندما يصبح قياسها نانويا ، اما عن البنى النانوية فأهمها الأنابيب النانوية الكربونية.
تستخدم بعض الكتابات الصحفية أحيانا مصطلح (تكنولوجيا الصغائر) رغم عدم دقته فهو لا يحدد مجاله في التقانة النانوية أو الميكروية إضافة إلى التباس كلمة صغائر مع الجسيمات و الدقائق Particles .
العلوم النانوية و التقانة النانوية احدى امتدادات علوم المواد و اتصالات هذه العلوم مع الفيزياء ، الهندسة الميكانيكية ’ الهندسة الحيوية ، و الهندسة الكيميائية تشكل تفرعات و اختصاصات فرعية متعددة ضمن هذه العلوم.
وكما جاء في مقال في جريدة (الحياة اللندنية) للكاتب (أحمد مغربي) تعرّف التقنية النانوية بأنها تطبيق علمي يتولى إنتاج الأشياء عبر تجميعها من مكوناتها الأساسية، مثل الذرة والجزيء. وما دامت كل المواد المكونة من ذرات مرتصفة وفق تركيب معين، فإننا نستطيع أن نأخذ أي ذرة ونرصفها إلى جانب أخرى بطريقة مختلفة عما هي عليه في الأصل، وهكذا نستطيع صنع كل شيء ومن أي شيء تقريبا. وتكمن صعوبة التقنية النانوية في مدى إمكانية السيطرة على الذرات بعد تجزيء المواد المتكونة منها. كما أن صعوبة التوصل إلى قياس دقيق عند الوصول إلى مستوى الذرة يعد اعتراضًا آخر يواجه هذا العلم الجديد الناشئ.
[تحرير] النانو تكنولوجي
لقد كان التطور التكنولوجي الهائل هو السمة الفريدة في القرن العشرين الذي ودعناه قبل بضع سنوات ، و قد أجمع الخبراء على أن أهم تطور تكنولوجي في النصف الأخير من القرن الحالي هو اختراع الكترونيات السيليكون ، فقد أدى تطويرها إلى ظهور ما يسمى بالشرائح الصغرية أو الـ(MicroChips) والتي أدت إلى ثورة تقنية في جميع المجالات كالاتصالات و الحواسيب والطب وغيرها . ففي عام 1950لم يوجد غير التلفاز الأبيض و الأسود ، وكانت هناك فقط عشرة حواسيب في العالم أجمع ، ولم تكن هناك هواتف نقالة أو ساعات رقمية أو الانترنت ، كل هذه الاختراعات يعود الفضل فيها إلى الشرائح الصغرية و التي أدى ازدياد الطلب عليها إلى انخفاض أسعارها بشكل سهل دخولها في تصنيع جميع الالكترونيات الاستهلاكية اللتي تحيط بنا اليوم . و خلال السنوات القليلة الفائتة ، برز إلى الأضواء مصطلح جديد ألقى بثقله على العالم وأصبح محط الاهتمام بشكل كبير ، هذا المصطلح هو "تكنولوجيا النانو" .
فهذه التقنية الواعدة تبشر بقفزة هائلة في جميع فروع العلوم والهندسة ، ويرى المتفائلون أنها ستلقي بظلالها على كافة مجالات الطب الحديث و الاقتصاد العالمي و العلاقات الدولية وحتى الحياة اليومية للفرد العادي فهي و بكل بساطة ستمكننا من صنع أي شيء نتخيله وذلك عن طريق صف جزيئات المادة إلى جانب بعضها البعض بشكل لا نتخيله وبأقل كلفة ممكنة ، فلنتخيل حواسيباً خارقة الأداء يمكن وضعها على رؤوس الأقلام والدبابيس ، ولنتخيل أسطولا من الروبوتات النانوية الطبية والتي يمكن لنا حقنها في الدم أو ابتلاعها لتعالج الجلطات الدموية و الأورام والأمراض المستعصية .
النانو هي مجال العلوم التطبيقيه والتكنولوجيا تغطي مجموعة واسعة من المواضيع. توحيد الموضوع الرئيسي هو السيطرة على أي أمر من حجم اصغر واحد ميكروميتر ، كذلك تصنيع الاجهزه نفسه على طول هذا الجدول. وهو ميدان متعدد الاختصاصات العالية ، مستفيدا من المجالات مثل علم صمغي الجهاز مدد الفيزياء والكيمياء. هناك الكثير من التكهنات حول ما جديد العلم والتكنولوجيا قد تنتج عن هذه الخطوط البحثيه. فالبعض يرى النانو تسويق مصطلح يصف موجودة من قبل الخطوط البحوث التطبيقيه إلى اللجنة الفرعية حجم ميكرون واسع. رغم بساطة ما لهذا التعريف ، النانو عليا تضم مختلف مجالات التحقيق. النانو يتخلل مجالات عديدة ، بما فيهاصمغي العلوم والكيمياء والبيولوجيا والفيزياء التطبيقيه. فانه يمكن ان يعتبر امتدادا للعلوم في القائمة ، تقدر اما اعادة صياغه العلوم القائمة باستخدام احدث وأكثر الوسائل عصرية. فهناك نهجين رئيسيين تستخدم تكنولوجيا النانو : فهو "القاعده" التي هي مواد وأدوات البناء من الجزيئات التي تجمع بينها عناصر كيمياءيه تستخدم مبادئ الاعتراف الجزيئي ؛ الآخر "من القمة إلى القاعده" التي تعارض هي نانو مبنى أكبر من الكيانات دون المستوى الذري. زخم النانو نابعه من اهتمام جديد صمغي العلوم اضافة جيل جديد من الأدوات التحليليه مثل مجهر القوة الذريه (ساحة) ومسح حفر نفق المجهر (آلية المتابعة. العمليات المشتركة و المكرره مثل شعاع الالكترون والطباعه الحجريه هاتين الأداتين في التلاعب المتعمد ، نانوستروستوريس وهذا بدوره أدى إلى رصد ظواهر جديدة. النانو ايضا مظله وصف التطورات التكنولوجيه الناشئة المرتبطه الفرعية المجهري الابعاد. على الرغم من الوعد العظيم التكنولوجيات المتناهيه الدقه عديدة مثل حجم النقاط والنانومتريه ، حقيقى الطلبات التي خرجت من المختبر إلى السوق والتي تستخدم اساسا مزايا صمغي نانوبارتيكليس في معظم شكل مثل سمرة الشمس المستحضر ومستحضرات التجميل والطلاءات الواقيه وصمة المقاومة الملابس.
[تحرير] ماهو النانو ؟ تعريف :
يعني مصطلح نانو الجزء من المليار ؛ فالنانومتر هو واحد على المليار من المتر أو 10 لكي نتخيل صغر النانو متر نذكر مايلي ؛ تبلغ سماكة الشعرة الواحدة للإنسان 50 ميكرومترا أي 50,000 نانو متر, وأصغر الأشياء التي يمكن للإنسان رؤيتها بالعين المجردة يبلغ عرضها حوالي 10,000 نانو متر ، وعندما تصطف عشر ذرات من الهيدروجين فإن طولها يبلغ نانو مترا واحدا فياله من شيء دقيق للغاية.
قد يكون من المفيد أن نذكر التعاريف التالية:
- مقياس النانو: يشمل الأبعاد التي يبلغ طولها نانومترا واحدا إلى غاية الـ100 نانو متر
- علم النانو: هو دراسة المبادئ الأساسية للجزيئات والمركبات التي لا يتجاوز قياسه الـ100 نانو متر.
- تقنية النانو: هو تطبيق لهذه العلوم وهندستها لانتاج مخترعات مفيدة.
لماذا هذه الضجة؟ الأمر الفريد في مقياس النانو أو الـ”Nano Scale” هو أن معظم الخصائص الأساسية للمواد و الآلات كالتوصيلية والصلابة ودرجة الانصهار تعتمد على الحجم (size dependant) بشكل لا مثيل له في أي مقياس آخر أكبر من النانو ، فعلى سبيل المثال السلك أو الموصل النانوي الحجم لا يتبع بالضرورة قانون أوم الذي تربط معادلته التيار والجهد والمقاومة !,فهو يعتمد على مبدأ تدفق الالكترونات في السلك كما تتدفق المياه في النهر ؛ فالالكترونات لا تستطيع المرور عبر سلك يبلغ عرضه ذرة واحدة بأن تمر عبره الكترونا بعد الآخر. إن أخذ مقياس الحجم بالاعتبار بالاضافة إلى المبادئ الأساسية للكيمياء والفيزياء والكهرباء هو المفتاح إلى فهم علم النانو الواسع.
[تحرير] ضآلة متناهية
فلنتخيل شيئا في متناول أيدينا ؛ على سبيل المثال مكعب من الذهب طول ضلعه متر واحد ولنقطعه بأداة ما طولا وعرضا وارتفاعا ؛سيكون لدينا ثمانية مكعبات طول ضلع الواحد منها 50 سنتيمترا ، وبمقارنة هذه المكعبات بالمكعب الأصلي نجد أنها ستحمل جميع خصائصه كاللون الأصفر اللامع و النعومة وجودة التوصيل ودرجة الانصهار وغيرها من الخصائص ماعدا القيمة النقدية بالطبع ، ثم سنقوم بقطع واحد من هذه المكعبات إلى ثمانية مكعبات أخرى ، و سيصبح طول ضلع الواحد منها 25 سنتيمترا وستحمل نفس الخصائص بالطبع ، و سنقوم بتكرار هذه العملية عدة مرات وسيصغر المقياس في كل مرة من السنتيمتر إلى المليمتر وصولا إلى المايكرومتر, وبالاستعانة بمكبر مجهري وأداة قطع دقيقة سنجد أن الخواص ستبقى كما هي عليه وهذا واقع مجرب في الحياة العملية, فخصائص المادة على مقياس المايكرومتر فأكبر لاتعتمد على الحجم (Not size dependant) . عندما نستمر بالقطع سنصل إلى ما أسميناه سابقا مقياس النانو ، عند هذا الحجم ستتغير جميع خصائص المادة كلياً بم فيها اللون والخصائص الكيميائية ؛ وسبب هذا التغير يعود إلى طبيعة التفاعلات بين الذرات المكونة لعنصر الذهب ، ففي الحجم الكبير من الذهب لا توجد هذه التفاعلات في الغالب, ونستنتج من ذلك أن الذهب ذا الحجم النانوي سيقوم بعمل مغاير عن الذهب ذي الحجم الكبير!
[تحرير] تحديات تواجه النانو
عودة إلى موضوع الشرائح الصغرية ، قد يكون من المناسب أن نذكر القانونين التجريبين الذين وضعهما جوردون مور رئيس شركة انتل العالمية ليصف بهما التغير المذهل في الكترونيات الدوائر المتكاملة
فقانون مور الأول ينص على أن المساحة اللازمة لوضع الترانزيستور في شريحة يتضاءل بحوالي النصف كل 18 شهرا . هذا يعني أن المساحة التي كانت تتسع لترانزستور واحد فقط قبل 15 سنة يمكنها أن تحمل حوالي 1’000 ترانزستور في أيامنا هذه ، ويمكن توضيح القانون بالنظر إلى الرسم البياني التالي :
قانون مور الثاني يحمل أخبارا قد تكون غير مشجعة ؛ كنتيجة طبيعية للأول فهو يتنبأ بأن كلفة بناء خطوط تصنيع الشرائح تتزايد بمقدار الضعف كل 36 شهرا, و يمكن استيضاحه من خلال الرسم التالي:
إن مصنعي الشرائح قلقون بشأن ما سيحدث عندما تبدأ مصانعهم بتصنيع شرائح تحمل خصائصاً نانوية . ليس بسبب ازدياد التكلفة الهائل فحسب ، بل لأن خصائص المادة على مقياس النانو تتغير مع الحجم ، ولا يوجد هناك سبب محدد يجعلنا نصدق أن الشرائح ستعمل كما هو مطلوب منها ، إلا إذا تم اعتماد طرق جديدة ثورية لتصميم الشرائح المتكاملة . في العام 2010 سوف تصبح جميع المبادئ الأساسية في صناعة الشرائح قابلة للتغيير و إعادة النظر فيها بمجرد أن نبدأ بالانتقال إلى الشرائح النانوية منذ أن وضع مور قانونيه التجريبيين ، إن إعادة تصميم و صناعة الشرائح لن تحتاج إلى التطوير فحسب ؛ بل ستحتاج إلى ثورة تتغير معها المفاهيم والتطلعات. هذه المعضلات استرعت انتباه عدد من كبرى الشركات و جعلتهم يبدؤون بإعادة حساباتهم وتسابقهم لحجز موقع استراتيجي في مستقبل الشرائح النانوية.
[تحرير] تاريخ النانو تكنولوجي
- منذ الالاف السنين قصد البشر استخدام النانو تكنولوجي ، فعلى سبيل المثال في صناعة الصلب والمطاط والفلكنه. كلها تمت اعتمادا على خصائص عشوائيا تشكيل المجموعات الذريه نانوميترز مجرد حجمها ،وتميز عن الكيمياء في انها لا تعتمد على الممتلكات الفرديه الجزيئات. لكن وضع مجموعة من المفاهيم الآن تحت مصطلح التكنولوجيا النانويه ابطأ. الأولى إلى بعض المفاهيم المميزه في النانوتكنولوجيا (تسبيق لكن استخدام هذا الاسم) في عام 1867 كاتب جيمس ماكسويل عندما اقترحت فكرة تجربة صغيرة كيان يعرف ماكسويل للشيطان من معالجة الجزيئات الفرديه. في عام 1920 ، كان ارفنغ لانجميور وكاثرين بلودغيت ادخال مفهوم نظام مونولايير، طبقة سميكة من جزيء المادة. لانجميور حصل على جائزة نوبل في الكيمياء لعمله.
- النظرية الأصول موضوع النانو مرة اخرى تطرقت "هناك الكثير من الغرفة في القاع" كلام قدمها الفيزيائي ريتشارد ففينمان في المجتمع الامريكى المادى معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في اجتماع عام 1959. فينمان وصف العملية التي القدرة على التعامل مع الذرات والجزيئات الفرديه قد توضع باستخدام مجموعة من الادوات الدقيقة لبناء وتشغيل مجموعة أخرى اصغر نسبيا ، حتى على الحاجة إلى وضع جدول. في غضون ذلك ، لاحظ ان حجم القضايا الناشءه عن تغيير حجم مختلف الظواهر الفيزيائيه : خطورة ان تصبح اقل اهمية ، وتوتر السطح فان در والس ان يجذب أكثر اهمية وما هذه الفكره الاساسية تبدو ممكنة ، واسى مجلس يعزز التوازي مع انتاج كمية مفيدة من المنتجات النهائية. غوردن مور عام 1965 ان ترنزستورات سيليكون كان يجري عملية مستمرة من انخفاض مستوى ، فالملاحظة التي دونت فيما بعد عن قانون مور. منذ ملاحظته المرور الادنى سمة الاحجام من 10 إلى 65 ميكرومترات المدى في نيو مكسيكو عام 2007. الحد الادنى مما هو سمة تقريبا 180 ذرات السليكون طويلة مصطلح "التكنولوجيا النانويه" لأول مرة تعرف من العلوم ، جامعة طوكيو نوريو بوينكه في 1974 ورقة (ن بوينكه ، "على المفهوم الأساسي للتكنولوجيا نانو' ، '" اليابان الجزء الثاني من المجتمع دقة الهندسه 1974). ما يلي : "‘ نانو التكنولوجيا بشكل رئيسي من تجهيز والفصل الدمج ، والتشويه من مواد ذرة او جزيء واحد. " ومنذ ذلك الوقت تعريف النانو عامة تشمل صاعد في حجمها وتشمل الملامح الكبيرة 100 نانومتر. كما ان فكرة عرض هياكل النانو يشمل الجوانب الكميه الميكانيكيه ، مثل كمية نقاط ، وقد القيت في التعريف. أيضا في عام 1974 عملية ترسيب طبقة الذريه لايداع موحدة الاغشيه الرقيقه طبقة من ذرية في وقت واحد ، وكان النمو المسجله الدكتور تومو سونتولا وزملاء العمل في فنلندا. في الثمانينات نانوتيكولوغي فكرة الحتميه وبدلا من العشواءيه ، معالجة كل الذرات والجزيئات هو مفهوم استكشاف عمق كاف من الدكتور اريك دريكسلر ، من الترويج التكنولوجي اهمية نانو النطاق الظواهر والأدوات خلال الخطب والكتب محركات الابداع : خلال عصر تكنولوجيا النانو ونانوسيستيمس : آلات التصنيع الجزيئي ، والحساب (ISBN 0-471-57518-6). رؤية دريكسلر النانو وغالبا ما تسمى "النانو الجزيئي" (الأمهات) او "التصنيع الجزيئي" ، ودريكسلر في نقطة واحدة اقترح مصطلح "زيتاتيش" التي شاعت ابدا.
- تجريبي التقدم النانو ونانوسكينس حصلت زيادة في اوائل الثمانينات مع تطورين رئيسيين : ولادة مجموعة العلوم والابتكار لمسح حفر نفق المجهر (آلية المتابعة. وأدى هذا التطور إلى اكتشاف الفولارينات الكربون في 1986 والنانومتريه بضع سنوات. وفي تطور آخر ، التوليف وخواص اشباه الموصلات نانوكريستالس كان يدرس. وأدى ذلك إلى زيادة عدد سريع شبه نانوبارتيكليس كمية من النقاط. في هذه الممارسه في عام 2007 تضم كلا من النانو عشوائي النهج الذي ، على سبيل المثال ، مدد الكيمياء يخلق ماء السراويل والقطعيه النهج فيه أحد الجزيئات (انشأتها عشوائي الكيمياء تتلاعب على سطح الركيزه (انشأتها عشوائي ترسب الطرق (الطرق القطعيه التي تضم الدفع لهم آلية المتابعة او منهما يبحث واحداث بسيطة ملزمة أو كرد فعل على حدوث الانقسام. حلم معقدة القطعيه الجزيئات المتناهيه الصغر لا يزال بعيد المنال. للمستقبل ، يعني ان البعض وجد ان الامهات لتصميم التطور في البنى العملية التي تحاكي التطور البيولوجي في النطاق الجزيئي. التطور البيولوجي بنسبة عشوائي الاختلاف في المتوسطات مجموعة من الكائنات مجتمعة مع ذبح من اقل البدائل الناجحة والانجاب من الاكثر نجاحا الصيغ وماكروسكالي التصميم الهندسي أيضا الايرادات من عملية التصميم التطور من البساطه إلى التعقيد إلى حد الكشف بشكل هجائي جون الصفراء : "نظام معقد يعمل دائما وجد تطورت من مجرد نظام عمل.... نظام معقد مصمم من الصفر لا يعمل ولا يمكن مرقع لانجاحها. عليك البدء من جديد ، بدءا النظام يعمل. " تقدم الرضع في حاجة إلى اي عائدات بسيط الذريه المجموعات التي يمكن أن تبنى مع آلية المتابعة المعنية ، إلى الرضع عن طريق انظمة معقدة في عملية التصميم التطور. اي عائق في هذه العملية هو صعوبة رؤية والتلاعب في البنى بالمقارنة مع أي ماكروسكالي يجعل اختيار حتمي لنجاح التجارب الصعبة. في تطور عكس البيولوجية الايرادات عن طريق عمل ما يسمى ريتشارد دوكنز له "الساعاتي الاعمى" يضم عشوائي الجزيئية.
[تحرير] تطبيقات النانو تكنولوجي
يمكن من خلال تقنية النانو تكنولوجي صنع سفينة فضائية في حجم الذرة يمكنها الإبحار في جسد الإنسان لإجراء عملية جراحية والخروج من دون جراحة ، كما تستطيع الدخول في صناعات الموجات الكهرومغناطيسية التي تتمكن بمجرد تلامسها بالجسم على اخفائه مثل الطائرة أو السيارة ومن ثم لا يراها الرادار ويعلن اختفاءها . كما تتمكن من صنع سيارة في حجم الحشرة وطائرة في حجم البعوضة وزجاج طارد للأتربة وغير موصل للحرارة وأيضا صناعة الأقمشة التي لا يخترقها الماء بالرغم من سهولة خروج العرق منها. و قد ورد في بعض البرامج التسجيلية انه يمكن صناعة خلايا اقوي 200 مرة من خلايا الدم و يمكنك من خلالها حقن جسم الانسان ب 10 % من دمه بهذه الخلايا فتمكنه من العدو لمدة 15 دقيقة بدون تنفس !!!!
留言列表
