ما هي تقنية النانو
- إنها أصغر بكثير من أبعاد البكتيريا والخلية الحية حتى الآن، وهذه التقنية لا تهتم بالبيولوجيا بل بخصائص المواد، وتتنوع مجالاتها بشكل كبير من أشباه الموصلات إلى الأساليب الحديثة تمامًا القائمة على التجميع الذاتي الجزيئي.
- هذا التحديد يواجهه تريندات في طبيعة المواد المستخدمة. تتعامل تقنية النانو مع جميع الظواهر أو الهياكل على مستوى واحد، وهو مقياس النانو.
- تشتمل الجسيمات النانوية أيضًا على تأثير جيبس-طومسون – أي أن نقطة انصهار مادة ما تتناقص مع تحولها إلى مقياس نانوي، كما هو الحال بالنسبة للبنى النانوية، وأهمها الأنابيب النانوية الكربونية.
- هناك صعوبة ومعاناة في تقنية النانو، حيث مدى إمكانية التحكم في العدد الذري بعد تفتيت المواد التي تتكون منها. وبالتالي، فهم بحاجة إلى أجهزة دقيقة للغاية من حيث الحجم والأبعاد وطرق رؤية الجسيمات الصغيرة قيد الفحص. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال هناك خلافات في الرأي والمخاوف بشأن تأثيرات تكنولوجيا النانو، والحاجة إلى السيطرة عليها.
تاريخ تكنولوجيا النانو
- كشفت الأبحاث التي أجرتها ماريان ريبولد وزملاؤها في جامعة دريسدن، ألمانيا، عن سر السيف الدمشقي، المشهور بقدرته الكبيرة على القطع، والمتانة المذهلة والمرونة الكبيرة، المحيط بمركب السمنتيت (Fe3C) النانوي، وهو مركب صلب وصدفي.
- منذ زمن بعيد، أراد الناس استخدام تقنية النانو، على سبيل المثال استخدام الفولاذ والمطاط في الصناعة، وكل ذلك يعتمد على خصائص المجموعات الذرية النانوية في تكوينات عشوائية.
- يحدد الكيان الصغير ماكسويل الشيطان من خلال التلاعب بالجسيمات الفردية، في عام 1920، قدم إيرفينغ لانجموير وكاثرين بلودجيت مفهوم نظام أحادي الطبقة، أي طبقة أو طبقة ذرية واحدة بسماكة الذرة، وحصل لانجموير على جائزة نوبل في الكيمياء لأجل عمله.
فوائد تقنية النانو
- تتسبب تقنية النانو في العديد من الفوائد التي تدخل في مجالات الحياة المختلفة، حيث أن لها دورًا في تطوير العديد من قطاعات التكنولوجيا والصناعات إلى حد كبير وهائل مثل: الطاقة، والطب، والأمن القومي، والعلوم البيئية، وسلامة الغذاء، وغيرها الكثير. الأشياء، كما تعمل. لتكييف هياكل المواد في مقاييس صغيرة جدًا لتحقيق خصائصها المحددة، والتي يمكن من خلالها تعزيز فعالية المواد، مع كونها خفيفة الوزن، وأكثر متانة، وتفاعلية، ومتشابكة.
- تعتمد العديد من المنتجات التجارية اليومية في السوق على تقنية النانو، على سبيل المثال: الأفلام أو الأفلام الشفافة المصنوعة من الألياف النانوية على شاشات الكمبيوتر والكاميرات والنظارات والنوافذ والأسطح الأخرى يمكن أن تساعد في جعلها مقاومة للماء أو مضادة للانعكاس أو الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء. أو مقاومة للخدش أو موصلة للكهرباء.
- دخلت تقنية النانو أيضًا في المنتجات الاستهلاكية، حيث تم ربط مليارات النانولين المجهرية، كل منها يبلغ طول كل منها حوالي 10 نانومتر، جزيئيًا مع الألياف الطبيعية والاصطناعية لإضافة مقاومة للبقع على الملابس والأقمشة.
- كما تم استخدام البلورات وجسيمات أكسيد الزنك النانوية لجعل واقي الشمس غير مرئي، كما أنها تحمي من الأشعة فوق البنفسجية، وقد تم تضمين بلورات الفضة النانوية في الضمادات لقتل البكتيريا ومنع العدوى.
هيكل المواد النانوية
- واحدة من أهم ركائز المواد النانوية هي المساحة والحجم اللذين يعطينا شكل المادة النانوية وبالتالي هيكل تلك المادة، ثم تم تنظيم المواد النانوية في مواد نانوية أحادية البعد (أغشية رقيقة وألياف نانوية) واثنين- الألياف النانوية الأبعاد (أنابيب الكربون أحادية الجدار ومتعددة الجدران) والجسيمات النانوية ثلاثية الأبعاد (الهياكل النانوية وكرات بوكي)، بالطبع، لكل من هذه الهياكل النانوية تطبيقات فريدة ومميزة تختلف عن بعضها البعض.
تطبيقات المواد النانوية
- لقد تغلغلت تقنية النانو أو تطبيقات علم النانو في جميع مجالات الحياة، كبيرها وصغيرها، على سبيل المثال: كان لها تأثير إيجابي كبير على ما يلي: فالكون كفاءة الأجهزة الإلكترونية مع تقليل حجمها وتقليل الطاقة المستهلكة لتشغيل هذه الأجهزة، وهذا واضح في الأجهزة المحمولة وأجهزة الكمبيوتر وشرائح تخزين البيانات. .
- تطوير وتحسين عالم الغذاء من زراعة الحبوب إلى تعبئتها ؛ بالإضافة إلى العمل على جودة طعام تريندات وتعظيم فائدته والحفاظ على سلامته، وتخزين الطاقة عن طريق تحسين كفاءة البطارية، وتصنيع مركبات فضائية خفيفة الوزن وعالية الكفاءة، وتنقية الهواء ومعالجة المياه، وخاصة مياه الصرف الصحي والمياه الصناعية.
ترتبط تسمية المواد النانوية بأرقامها
- يتم تشكيل المواد النانوية في العديد من الأشكال والأبعاد المختلفة، مثل الجسيمات، والأنابيب، والأسلاك، والأغشية الرقيقة، أو الأفلام، وما إلى ذلك، ويتم تسمية المنتج النهائي وفقًا لذلك.
- على سبيل المثال، إذا سمعنا عن الأنابيب النانوية الكربونية، فهذا يعني أنها مصنوعة من ذرات كربون لا يتجاوز قطرها بضعة نانومترات، ولكن قد يمتد طولها إلى أبعد من ذلك (مئات النانومترات أو أكثر).
- وبالمثل، إذا تم تشكيل المادة على شكل أغشية نانوية، فهذا يعني أن سمك المادة يكون بمقياس النانومتر ولكن قد يكون طولها وعرضها كافيين لتغطية الأسطح الكبيرة.
حاول أن تتخيل هذا العالم الصغير للغاية
- في البداية، يمثل النانومتر جزءًا من جزء من المليار من المتر (متر = 109 نانومتر)، مما يعني أنه لا يمكن رؤية الجسيمات في هذا المستوى بالعين المجردة، فمن السهل تخيل هذه المواد النانوية إذا قارنا أطوالها بأطوال مواد مختلفة من حولنا، على سبيل المثال: سمك الورقة حوالي 100،000 نانومتر، وسماكة شعر جسم الإنسان حوالي 80،000 إلى 100،000 نانومتر، بينما قطر ذرة الذهب حوالي 0.33 نانومتر، وهو أيضًا مقدار نمو الظفر البشري في الثانية.
دور علم النانو في مجال الطب
- استفادت مجموعات البحث الطبي الحيوي من الخصائص الفريدة للمواد النانوية المرتبطة بالتطبيقات المختلفة (مثل عوامل التباين لتصوير الخلايا وعلاجات السرطان)، ثم بدأ استخدام المصطلحات بما في ذلك التكنولوجيا الحيوية والطب النانوي من أجل وصف هذا المجال الواسع. من الممكن أيضًا إضافة وظائف. بالنسبة إلى المواد النانوية عن طريق الاتصال والتفاعل مع جميع الجزيئات والتركيبات الحيوية، فإن حجم المواد النانوية هو نفس حجم معظم الجزيئات الحيوية والهياكل، وبالتالي قد تكون المواد النانوية مفيدة للبحث والتطبيقات البيولوجية والصناعية.
التشخيص
- تعد تقنية النانو على الرقاقة بُعدًا إضافيًا لتقنية Lab-on-a-chip. تُستخدم الجسيمات النانوية وترتبط بجسم مضاد مناسب لتصنيف بعض الجسيمات والجسيمات والكائنات الحية الدقيقة.
- يمكن أيضًا استخدام جزيئات الذهب النانوية الموسومة بشرائح قصيرة من الحمض النووي لتحديد التسلسل الجيني للعينة، وإدراج نقاط كمية مختلفة الحجم داخل المجهر البوليمري ينتج عنه ترميز متعدد الألوان للمقايسات البيولوجية.
- تحلل تقنية Nanopore الأحماض النووية عن طريق التحويل المباشر لسلاسل النوكليوتيدات إلى توقيعات إلكترونية.
دور علم النانو في الفضاء
- سيكون للمواد الخفيفة والقوية قيمة وفائدة كبيرة في صناعة الطائرات، مما سيحسن من كفاءة أداء الطائرة. ستستفيد المركبات الفضائية أيضًا من هذه المواد، حيث يلعب الوزن دورًا حيويًا.
- ستساعد تقنية النانو أيضًا في تقليل حجم المعدات وبالتالي تقليل استهلاك الوقود المطلوب للطيران في الهواء.
- قد يؤدي استخدام تكنولوجيا المواد النانوية إلى تقليل وزن الطائرات بدون طيار إلى النصف تقريبًا بفضل قوة ومتانة فالكون.
- بالإضافة إلى؛ تقلل تقنية النانو من كتلة المكثفات الفائقة، والتي سيتم استخدامها بشكل متزايد لتشغيل المحركات الكهربائية المساعدة بهدف إقلاع طائرة غير مزودة بمحركات من أرض مسطحة للطيران في سماء عالية.
في هذا المقال، تعرفنا على ماهية تقنية النانو، وتاريخ تقنية النانو، وفوائد تقنية النانو، وتحدثنا عن بنية المواد النانوية، وتطبيقات المواد النانوية، وترتبط تسمية المواد النانوية بأعدادها، ومحاولة التخيل هذا العالم المتناهي الصغر، ودور علم النانو في مجال الطب، ودور علم النانو في الفضاء.