موضوع بحث شامل عن النانو تكنولوجي

مقدمة البحث عن النانو تكنولوجي

تسمح تقنية النانو بإنتاج منتجات تعتبر خيالية قياسا إلى ما هو متوفر اليوم، كما تتيح شبكة استعمالات واسعة تشمل مجالات متعددة.تعد تقنية النانو من التقنيات الحديثة التي مازالت تحتاج الكثير من الأبحاث والدراسات، وهي كما تذكر الكثير من مراكز أبحاث النانو،تقنية العصر القادم، فيمكن أن نطلق على عصرنا القادم «عصر النانو»، فسيكون لهذه التقنية التأثير الكبير في كثير من مجالات الحياة الصناعية والعسكرية والطبية والزراعية، وفي مجال النقل والطيران وفي أبحاث الفضاء وفي كثير من المجالات الحيوية الهامة .

كما أن تقنية النانو واسعة الاستخدام في علم الصيدلة بدءا من طرق إنتاج الدواء ومرورا بوسائل حفظه وانتهاء بكيفية إعطائه للمريض في هيئة تتفوق بمراحل على الطرق الحالية. تقنية النانو تجاوزت اليوم في الأبحاث وضع طرق أفضل لإنتاج الغذاء من شتى الجوانب ، وتنقية الماء وغيره مما يتناوله الإنسان. من هنا يمكن تخيل إنتاج معالج بحجم الفيروس يكون مبرمجا لملاحقة البكتيريا التي تسبب مرضا معينا، وتدميرها، مما يؤدي لمعالجة أمراض عجز الطب التقليدي عن معالجتها،هذا رائع اليس كذالك!.

الراصف في علوم تكنولوجيا النانو

في ميدان هذه التكنولوجيا البالغة الدقة، ثمة ضرورة للسيطرة على الذرة الواحدة وعلى الجزيء الواحد. وهذه السيطرة تتحقق من خلال ما يسمى “الراصف ” وهو عبارة عن شخص آلي متناهي الصغر لا يمكن بالطبع رؤيته بالعين المجردة، ولا يزيد حجمه عن حجم البكتيريا أو حتى عن الفيروس أحيانا.

وبالنظر إلى صغر حجمه يمكنه الإمساك بالذرة.وبالتالي تفكيك أي مادة إلى مكوناتها الذرية الأصغر. ومثل كل روبوت، يكون الراصف مزودا بعقل إلكتروني يدير كل أعماله. وهناك ما يقرب من خمس طرق لتحضير هذه المواد ، وهي الترسيب الكهربائي واستخدام الغازات الخاملة واستخدام البلازما وتقنيات المحاليل الكيماوية وطحن الحبيبات.أما طرق التشخيص ودراسة النماذج فتكون عن طريق استخدام الميكروسكوب الذري،واستخدام تقنيات الحزم الإلكترونية في ميكروسكوبات ذات قدرات عالية.((The History of Nanoscience and Nanotechnology: From Chemical–Physical Applications to Nanomedicine-ncbi.nlm.nih.gov))

ومن جهة ثانية يمكن لهذه الرواصف آن تبرمج.بحيث تصنع مركبات فضائية بحجم يصعب تصوره، وتزود بأجهزة كمبيوتر وأجهزة اتصال مع الأرض. وباعتبارها متناهية الصغر، يمكن لها استغلال أي مصدر للطاقة في الفضاء، مثل الضوء أو أي نوع من الذبذبات، ليتم شتغليلها.

معنى كلمة نانو nano

في جميع المراجع المختصة نجد أن كلمة نانو”nano” هي كلمة إغريقية تعني القزم، والتي يمكن أن تصف كل شيء صغير ودقيق، ومن هنا يمكن أن نقول إن مصطلح النانوتكنولوجي يعني حرفيا “تقنية متناهية الصغر”،ويطلق على الجسيمات الدقيقة المتناهية في الصغر اسم “تقنية النانو”.((What does nano mean?-nanoscience.ch))

كلمة نانو أو مصطلح نانو يعني جزءا واحدا من مليار جزء من المتر.وهذا يعني أننا عند تقسيم المتر الطوالي الواحد إلى مليار جزء فإن الجزء الواحد من هذه الأجزاء يمثل نانومترا واحدا.((The use and meaning of nano in American English: Towards a systematic description-sciencedirect.com))

تقنية النانو قديما

تذكر بعض المصادر التاريخية العلمية أن تقنية النانو تكنولوجي قد استخدمت قديما وذلك من قبل الحضارة الصينية والحضارة الإغريقية في صناعة الزجاج ، ولعلنا نذكر الإناء الإغريقي الشهير Lycurgus الذي تميز بظاهرة مثيرة غير مفسرة حتى وقت قريب، تمثل في تغير لونه وذلك وفقا لزاوية سقوط الضوء عليه، فعندما ينفذ الضوء من هذا الإناء يأخذ اللون الوردي المتوهج «Pinkish» ، وعندما ينعكس الضوء من الإناء يأخذ اللون الأخضر المتوهج ، وقد تم تفسير هذه الظاهرة بعد أن تم اكتشاف جسيمات نانو ذهبية كانت هي المسئولة عن التفاعل مع الضوء ، ومن ثم إعادة بعثه باللونين السابقين.

أما مصطلح “النانو” فقد برز سنة 1974 من خلال تقديم البروفيسور”نوریوتانقوشي” ورقته العلمية، التي نشرت في مؤتمر الجمعية اليابانية للهندسة الدقيقة حيث قال: “إن تقنية النانو ترتكز على عمليات فصل، واندماج، وإعادة تشكيل المواد بواسطة ذرة واحدة أو جزئ”، وفي نفس الفترة ظهرت مفاهيم علمية عديدة تتداولها الأوساط العلمية حول التحريك اليدوي لذرات بعض الفلزات عند مستوى النانو، ومفهوم النقاط الكمية، وإمكانية وجود أوعية صغيرة جدا تستطيع تقييد إلكترون وغير ذلك من جسيمات.وترجع أول أفكار للنانو تكنولوجي إلى عالم الرياضيات الأمريكي فون نييمان، الحائز على جائزة نوبل (1959).((النانو تكنولوجي للدكتور “علي محمد علي”،الطبعة الاولى بتاريخ  2012م))

نبذة عن محاضرة فينمان وعلاقتها بالنانو تكنولوجي

عالم الفيزياء الشهير ريتشارد فينمان لم يشر لمصطلح تقنية النانو بشكل مباشر،في محاضرته الشهيرة عام 1959م.لكنه تحدث وبشكل استشرافي عن مستقبل التقنية البشرية،التي ستصل إلى حد التعامل المباشر مع الذرات والجزيئات المنفردة.((Reading Feynman Into Nanotechnology-researchgate.net))

قد تحدث فينمان في هذه المحاضرة عن ملامح وفلسفة هذه التقنية ومبادئها الأساسية،حيث أوضح أن البشر مع تقدم العلوم سيتمكنون من تصنيع آلات دقيقة،تمكنهم من إنشاء مصانع دقيقة تعمل على تصنيع آلات بمقياس النانو ،والتي بدورها ستمكن العلماء من صناعة أجهزة وآلات تصغر شيئا فشيئا.((There’s Plenty of Room at the Bottom-en.wikipedia.org))

مع تقدم هذه التقنية، عندها سنصل إلى تلك التقنية التي تمكننا من التحكم في الذرات والجزيئات بشكل منفرد.كما ذكر أنه في هذا العالم الدقيق ستكون قوى الجاذبية غير مهمة، وسيكون التحكم والسيطرة لقوى أخرى مثل قوى التوتر السطحي وقوى فان دير وول.كما أنه أشار إلى أن المعلومات والبيانات سوف يمكن تخزينها بكثافة كبيرة جدا.

ماهي جسيمات النانو

جسيمات النانو “Nano particles” هو المصطلح الذي تم اعتماده من المركز بدلا عن مصطلح مواد النانو.تعرف جسيمات النانو بأنها الجسيمات التي يكون أحد أبعادها على الأقل في مدى مقياس النانو.وبالتحديد في الجسيمات التي يكون أحد أبعادها أقل من 100 نانومتر.

جسيمات النانو تأتي في أشكال متعددة.فهناك ألياف النانو،ونقاط النانو والنقاط الكمية،وأنابيب النانو،وأسلاك النانو،وجسيمات النانو ثلاثية الأبعاد المنتظمة وغير المنتظمة مثل الأشكال الكروية.دخلت جسيمات النانو حاليا  في كثير من التطبيقات الصناعية مثل تقنيات التنعيم والتلميع الميكانيكي والكيميائي، والإلكترونيات والمستحضرات الدوائية وتقنيات المواد المحفزة وغيرها.

تأثير فيزياء الكم على تكنولوجيا النانو

نظرا للأبعاد الصغيرة لجسيمات النانو التي تقترب من الأبعاد الذرية،فإن فيزياء الكم لها تأثير كبير على خواص هذه الجسيمات. مما يجعل هذه المواد تملك خصائص غير مألوفة لقوانين الفيزياء الكلاسيكية نظرا لتأثير فيزياء الكم على هذه الجسيمات.فعندما نصغر المادة لتصبح في مقياس النانو، وبعبارة أخرى لتصبح جسيم نانو، فإن الفراغ الذي يتحرك فيه الإلكترون داخل هذا الجسيم يصغر أيضا، مما ينتج عنه زيادة في طاقة الإلكترون وذلك لتعويض هذه المحدودية في المكان؛ مما يؤدي بالطبع لتغيرات كبيرة في خواص هذا الجسيم.

مستقبل تقنيات النانو تكنولوجي

ذكرنا سابقا في مقدمة البحث أن تقنية النانو تكنولوجي هي تقنية العصر القادم، فمن المتوقع أن تدخل هذه التقنية في الكثير من تطبيقاتنا الصناعية والطبية والزراعية، وفي مجال تنقية المياه ومكافحة التلوث، وكذلك في مجال الطاقة.

في المجال الطبي سيتمكن الأطباء بإذن الله من زيادة فاعلية التشخيص والعلاج، وذلك باستخدام أجهزة النانو التي تستطيع السفر خلال الجسم والوصول إلى الأنسجة والخلايا المصابة وتقديم العلاج الكافي لها، وكذلك فحصها لمعرفة مدى استفادتها من العلاج، وفي المجال الطبي أيضا ستتحسن طرق علاج الأمراض الخطيرة مثل أمراض السرطان، فمن المتوقع أن تقدم تقنية النانو الكثير من الحلول الطبية التي تتميز بدقتها وعدم وجود جوانب سلبية لها كما الحال مع طرق العلاج التقليدية.

وأخيرا فإن تقنية النانو التي بدأت أول تطبيقاتها في نهاية 1990م ستكون بإذن الله هي التقنية الأكثر تأثيرا في حياتنا، حيث سيتصاعد التأثير في السنوات العشر القادمة ، ومن المتوقع أن تصل إلى ذروتها في الفترة بين 2040م و 2060م وستمتد والله أعلم إلى ما بعد عام 2070م.((تكنولوجيا النانو للدكتور “محمد هاشم البشير”،الطبعة الاولى بتاريخ 2010))

مستقبل تكنولوجيا النانو في الصناعة

دخلت صناعة النانو حيز التطبيق في مجموعة من السلع التي تستخدم نانو جزيئات الأكسيد بأنواعه الألمونيوم والتيتانيوم وغيرها،ونقدم لكم بواسطة هذا البحث عن النانو تكنولوجي اشهر الاستخدامات المستقبلية:

• مواد التجميل والمراهم المضادة للأشعة .حيث ان جزيئات النانو هذه  تحجب الأشعة فوق البنفسجية UV كلها ، ويبقى المرهم في الوقت نفسه شفافا.
• تستعمل في بعض الألبسة المضادة للتبقع.
• كما تستخدم حالياً في مواد الطلاء الأكثر تطوراً ،كما نراها في السيارات الفاخرة الحديثة.
• تمكن بعض الباحثون من إدخال نانو الفضة إلى المضادات الحيوية. ومن المعروف أن الفضة قادرة على قتل حوالي 650 جرثومة دون أن تؤذي الجسم البشري.
• النانو إلكترونات قادرة على حفظ المعلومات بشكل أكبر آلاف المرات من الذاكرة الموجودة حاليا.
• قد تمكن باحثون في IBM وجامعة كولومبيا وجامعة نيو أورليانز من جمع جزيئين غير قابلين للاجتماع إلى بلور ثلاثي الأبعاد. وبذلك تم اختراع مادة غير موجودة في الطبيعة.
• قد أوردت مجلة الإيكونوميست مؤخرا أن الكلام بدأ عن مادة جديدة مصنوعة من نانو جزيئات تدعى “کوازام” وهي تقنيات تضاف إلى البلاستك والسيراميك والمعادن فتصبح قوية كالفولاذ خفيفة کالعظام ، وستكون لها استعمالات كثيرة خصوصا في هيكل الطائرات والأجنحة، فهي مضادة للجليد ومقاومة للحرارة حتى 900 درجة مئوية.((Technology Quarterly-economist.com))
• أنشأت شركة كرافت المتخصصة في الأغذية السنة الماضية اختراعاً  من مشروبات مبرمجة. فقريبا يمكننا شراء مشروب لا لون له ولا طعم يتضمن نانو جزيئات للون والطعم ، عندما نضعه في الميكروويف على تردد معين سيتحول عندنا الى عصير ليمون ، وعلى تردد آخر يصبح هو نفسه شراب التفاح، وهكذا.((Application of Nanotechnology in Food Science: Perception and Overview-frontiersin.org))
• سيقومون مقام الإنزيمات والمضادات الحيوية الموجودة في أجسامنا .وسيكون بإمكاننا إطلاق جيش من الرواصف غير المرئية.لتتجول في بيتنا على السجاد والرفوف والأوعية محولة القاذورات والغبار إلى ذرات يمكن إعادة تركيبها إلى  أي شيء آخر نحن بحاجة إليه.

مميزات وعيوب النانو تكنولوجي

لا بد من ذكر المميزات والعيوب في هذا البحث عن النانو تكنولوجي .حيث ان هذه التقنية المذهلة أثارت جدلا كبيرا وصاخبا منذ أن بدأ التداول بها.إذ إنها بقدر ما تتيح من إمكانات، فإنها تعرض في المقابل مخاوف هائلة تهدد بإفناء الجنس البشري والقضاء على الحياة من أساسها.

المزايا:

• قد تغير تقنية النانو الطرق التي نحصل بها على الطاقة ونستخدمها. على وجه الخصوص ، من المحتمل أن تجعل تقنية النانو الطاقة الشمسية أكثر اقتصادا من خلال تقليل تكلفة بناء الألواح الشمسية والمعدات ذات الصلة. ستصبح أجهزة تخزين الطاقة أكثر كفاءة نتيجة لذلك.
• تمتلك تقنية النانو القدرة على إحداث تطورات كبيرة في الطب. يمكن إرسال روبوتات النانو إلى شرايين المريض لإزالة الانسدادات. يمكن أن تصبح العمليات الجراحية أسرع وأكثر دقة.
• سيساعد النانو تكنولوجي في صناعة المزيد من التقنيات الدقيقة والخفيفة ،والتي تعمل بكفائة عالية وموفرة للطاقة.
• يمكن بواسطة النانو اختراع مواد هندسية جديدة غير متواجدة في الطبيعة ،وبالتالي تحمل خصائص فريدة من نوعها.
• يمكن أن تساعد تقنية النانو في تحسين تأثيرات الأدوية والأدوية بجعلها أكثر فاعلية وأرخص وأطول أمداً.
• صناعة مبيدات الآفات بتقنية النانو للمحاصيل تهاجم بشكل مباشر مسببات الأمراض في الحقول الزراعية دون إتلاف أو التسبب في أي ضرر للمحاصيل. في نفس الوقت سوف يساعد في زيادة كفاءة الأسمدة.

العيوب:

• من المحتمل أن تتسبب تقنية النانو ، مثل التقنيات الأخرى التي سبقتها ، في حدوث تغييرات كبيرة في العديد من المجالات الاقتصادية.
• من الممكن تستهلك الروبوتات النانوية ذاتية التكرار كل شيء من حولها لعمل نسخ من نفسها.
• هناك بعض الآثار السلبية على البيئة حيث يمكن أن تنتج السموم والملوثات الجديدة المحتملة عن طريق تكنولوجيا النانو.
• تعد صناعة واستخدام تلك التقنيات مكلف جداً.
• يمكن استخدامها كأسلحة قاتلة للبشر ،فتقنيات النانو صغيرة جداً قد لا ترى بالعين المجردة.