كيف تعمل النانوتكنولوجي ؟

كيف تعمل النانوتكنولوجي ؟

ما هي التكنولوجيا النانوية؟

تهتم
النانوتكنولوجيا بتصنيع الآلات والأدوات والمواد إلى الدرجة النانوية
وتطوير أساليب الإنتاج والتحليل النانوي، والنانومتر أصغر من قطر شعرة من
شعر الإنسان بحوالي 70000 مرة، بكلمة أخرى يمكن مقارنة حجم الجسيم النانوي
بحجم كرة القدم بالنسبة لحجم الكرة الأرضية، وتعود كلمة نانو في أصلها إلى
اللغة اليونانية وتعني عالم الأقزام الخرافي المتناهي في الصغر، وعليه فإن
عالم التكنولوجيا النانوية هو أشبه بعالم المخلوقات الخرافية غير قابلة
للملاحظة بالعين المجردة، حيث تسري فيه قوانين ميكانيك وفيزياء الكم.

في
هذه الصورة نلاحظ وجود ترس لجزء من محرك نانوتكنولوجي بحجم حبيبة غبار
وفوقه حشرة وهذا يوضح أن العلماء يستطيعون صنع آلات صغيرة بصغر حبيبة
الغبار! (حجم حبيبة الغبار يوازي حجم ربع نقطة عادية على الصفحة) هذا
المثال جزء فقط مما يمكن لهذه التكنولوجيا أن تحقق.

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 وطرق
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 سوف يتضاعف أربعة مرات حتى عام 2010.

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.

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

صورة تحت الميكروسكوب الالكتروني لكلمة كتبت بذرات الزينون

(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.
المصدر
موهوبون.نت