النانوتكنولوجي وعلوم النانوكومبوزيت*

Nanotechnology and Nanoconposites

إنّ التعريف الأكثر شيوعا للنانوتكنولوجي هو التحكم والدراسة والقياس للمواد وخواصها على أبعاد أقل من 100 نانوميتر مع العلم أنّ المليمتر الواحد يحتوي على مليون نانومتر وهذا يعني أنّ النانومتر وحدة صغيرة فقطر شعرة من شعرات الرأس تساوي عدد 100.000 نانومتر، وقطر جزء من عمود الدخان يساوي 1.000 نانومتر.
حاول أن تتخيل إلى أي درجة من الصغر استطاع العالم أن يصل إليها ويتعامل معها، فالفجوة واضحة بيننا نحن العرب وبينهم.

ميزة النانوتكنولوجي:

إن ميزة الحجم الصغير يمَكِنْ لتقنية النانوتكنولوجي من الحصول على مدى واسع من الفوائد، فمثلا، الجزيئات الصغيرة جداً غير المرئية تمكننا من إنتاج مواد طلاء شفافة وأفلام ذات نوعية خاصة، كذلك الجزيئات الصغيرة التي لها وزن يمكن أن تستخدم عند تصنيع الأسطح بحيث تستهلك أقل مواد ممكنة تؤدي الغرض نفسه، بينما تستخدم الجزيئات الكروية الكبيرة لتغطّية منطقة سطحيّة واسعة، وبهذا يمكن تغيير الخواص الأصلية للمواد دون التعرض للتركيب الكيميائي.

النانوبودر Nanopowder :

هو تصنيع كتل وقوالب قطرها أقل من 100 نانومتر تستخدم في تركيب الهياكل المعقدة ذات الحجم الصغير جداً. فالمواد المتقدمة ذات المراحل الدقيقة تصنَّع من النانوبودر ذو الصفات المحسنة، والذي يرفع قوة السيراميك ويزيد من مقاومته للكسر ويجعل قابليته لتوصيل الحرارة أكثر بكثير من استخدام المواد التقليدية.
تطبيقات النانوبودر Nanopowder : مفيدة جداً في تصنيع أدوية الاستنشاق، فالجزيئات الدقيقة عادة ما تتجمع في حويصلات الرئة الذي يؤدّي في أغلب الأحيان إلى مشاكل الحشرجة وصعوبة التنفس، فباستخدام النانوبودر يمكن منع ذلك وحلّ تلك التكتلات.

النانوتيوب nanotubes :

النانوتيوب الكربونية هي أشرطة صغيرة جدا من صحائف الجرافايت طويت إلى أنابيب بأقطار بالغة في الدقة نانوميترية وذات أطوال تصل إلى مئات الميكرومترات.

تطبيقات النانوتيوب nanotubes :

تستخدم في تصنيع العناصر الهيكلية في الجسور والبنايات والأبراج والكابلات، وتستخدم كذلك كمادّة لجعل المركبات ذات وزن خفيف يتلائم مع معظم الظروف التشغيلية، ويمكن استخدامه في صدامات أو مخفّفات الصدمات العالية، ويستخدم كذلك في التقصّي الكيميائي والحقن المسامية باستخدام الأنابيب ذات النهايات اللامحدودة. ويشمل النانوإلكترونيك Nanoelectronics إنتاج مكثّفات البطاريات والصمامات الثنائية، كذلك خافضات الحرارة الميكروإلكترونية بسبب خاصية التوصيل الحراري العالية، أيضاً إنتاج التروس الدقيقة والأجزاء الميكانيكية وشاشات العرض والقطع الإلكترونية في جهاز الحاسوب ذات الذاكرة المرتفعة.

الأجهزة البيولوجية الدقيقة nanodevices :

تستخدم عادة طريقة تفصيل الأعمال Bottom-Up عند استخدام المواد الدقيقة للأغراض الطبية، فأغلب الخلايا الحيوانية يتراوح قطرها ما بين 10-20 ألف نانوميتر، ويتم تصنيع الأجهزة البيولوجية الدقيقة nanodevices بأحجام أقل من 100 نانوميتر الذي يمكنها من التعامل مع حامض الـ DNA والبروتينات، الأمر الذي يؤدي إلى كشف الأمراض سواءً في الخلايا الصغيرة جداً أو عينات الأنسجة المختبرية .. فتقلص بهذا الاختبارات الاجتهادية على الخلايا الحية في الجسم.

المركبات النانومترية النانوكومبوزيت Nanocomposites :
يلاحظ طبيعياً أنّ معظم الجزء اللاعضوي من التربة هي من المواد الدقيقة Nanomaterial وغالباً يمكنها ترشيح الجزيئات في المستويات الجزيئية أو النانوميترية، والاهتمام بالمواد النانومترية هو بسبب إمكانية التوصل إلى خصائص جديدة أو خصائص محسنة لا يمكننا التوصل إليها بالمواد التقليدية.

وكما هو معروف فإن عالم النانوميتر يتراوح بين 1-100 نانوميتر وبناء عليه فتعتبر السلاسل في البوليمر الواحدة من المواد النانومترية لأن المسافات بين السلاسل أقل من 100 نانوميتر.
إنّ القوى القصوى والخصائص الفريدة لكثير من المواد تعتمد على الاتصال الوثيق بين الأعضاء المختلفين، وتتضح جلياً في المواد المركبة ومن أمثلة ذلك عظام الجسم.
وتسمح مادة الفيبر النانومترية Nanofibers بأقصى تلامس بين الألياف والشبكة وذلك لتزايد المنطقة السطحيّة وبالتالي فإن عدداً من المركبات العضوية واللاعضوية تبدأ الظهور.
وتحتوي مادة الفيبر النانومترية على شعر مصنوع من كربيد التنجستن مضاف إليه نترات السيليكون وطين خاص مخلوط بالنايلون، الذي تستخدمه شركة تويوتا في الأجزاء الخاصة بسحب الهواء.
وباستخدام مركبات ألياف الكربون مع النانوتيوب الكربونية يؤدي إلى إنتاج مركبات قوية جداً بسبب مرونة تلك المادتين فهما يعطيان مركبات أقوى إذا ما قورنا بغيرهما من المركبات الشائعة.
ومن الأمثلة للمواد طبقة الفورمايكا وهياكل الزوارق ذات الطبقات المتعددة من الألياف الزجاجية.

*_ملحوظه:

نشرت لي هذه المقالة من قبل في ملتقى المهندسين العرب في ديسمبر 2005 و في معهد بلاستيك العرب مارس 2009م.

  د/ علاء إبراهيم عيد

نانو تكنولوجي = إمكانيات عملاقه في أجزاء صغييييييييييييييره

--------