آخر تحديث: 09/08/2024
ما هي تقنية النانو؟ وما أهميتها واستخداماتها؟
يهتم النانو بدراسة المواد شديدة الصغر ويقوم بمعالجتها، ويقوم من خلال ذلك على ابتكار العديد من التقنيات شديدة التطور، تقاس بمقياس النانو متر وهي مادة متناهية الصغر، وقد تم الاستعانة بالنانو في العديد من المجالات المختلفة وتم اختراع العديد من الطرق الحديثة على نطاق واسع، لذا سنتحدث في هذا المقال في موقع مفاهيم عن ما هي تقنية النانو، تم وضع العديد من التعريفات والأوصاف للنانو، ومن خلال المقال سوف نتعرف عليها وعلى أكثر التطبيقات العلمية، تابعونا...
ما هي تقنية النانو؟
- يمكننا أن نعرف تكنولوجيا النانو أو Nanotechnologyعلى أنها: تقنية تدرس وتفهم وتتحكم في مادة ذات أبعاد "دقيقة" تقريبًا (1-100 نانو متر). ويتعلق مصطلح تكنولوجيا النانو بالفهم الأساسي للخصائص الكيميائية والفيزيائية والبيولوجية على نطاق واسع، والتحكم الذري والجزيئي.
- كما يمكن استخدام هذه التكنولوجيا في مجالات مختلفة من الحياة مثل؛ الفيزياء والكيمياء والعلوم والطب وأكثر من ذلك بكثير. وأخيراً تقنية النانو هي تقنية تستخدم لدراسة والتحكم في المادة بأبعاد دقيقة للغاية.
كم يساوي النانو؟
النانو يعني أنه صغير جدًا ويعبر عن كمية صغيرة للغاية، ووحدة قياس النانو تعادل جزءًا من المليار (1/1,000,000,000) من الوحدة الأساسية. وبالتالي:
- نانو متر يساوي \(10^{-9}\) متر، أي جزءًا من المليار من المتر.
- نانو ثانية يساوي \(10^{-9}\) ثانية، أي جزءًا من المليار من الثانية.
- نانو جرام يساوي \(10^{-9}\) جرام، أي جزءًا من المليار من الجرام.
متى ظهرت تقنية النانو؟
- ظهرت علوم النانو أو تكنولوجيا النانو لأول مرة كفكرة في 29 ديسمبر 1959، في اجتماع الجمعية الفيزيائية الأمريكية في Cal Tech، في خطاب الفيزيائي ريتشارد فاينمان بعنوان " "There's plenty of room at the bottom"".
- وكان تركيز حديثه على شرح كيف يمكن للعلماء التحكم في الذرات والجزيئات الفردية.
- بعد ذلك، في عام 1981، صاغ البروفيسور نوريو تانيجوتشي مصطلح ما هي تقنية النانو، حيث تم تطوير مجهر مسح نفقي يمكنه رؤية الذرات الفردية.
- وبذلك يمكن ملاحظة أن تقنية النانو لم تظهر مرة واحدة، وإنما بدأت كفكرة وبعد ذلك تم تطبيقها.
ما هي تقنية النانو وما مبدأ عملها؟
يعتمد مبدأ النانو على الدراسة الدقيقة للمبادئ الأساسية للجسيمات النانوية والهياكل التي يتم من خلالها فهم المادة والتحكم فيها على مقياس نانومتر (يحتوي المليمتر الواحد على مليون نانومتر)، المبدأ الرئيسي لهذه التقنية هو فهم المادة جيدًا والتحكم في أبعادها الصغيرة، وبالسؤال عن ما هي أكثر استخدامات النانو وضوحا.
يمكننا القول أنه توجد تطبيقات في العديد من مجالات الحياة، وبعضها مذكور أدناه:
استخدامات تقنية النانو في الصناعة
تتضمن تطبيقات تكنولوجيا النانو في الصناعات ما يلي:
- تستخدم تكنولوجيا النانو في تغليف المواد الغذائية وكذلك في تكوين بعض المواد الغذائية.
- تستخدم النانو في الزراعة، ومن الأمثلة على ذلك الزراعة الدقيقة.
- صنع السلع الاستهلاكية مثل المنسوجات ومستحضرات التجميل والملابس والسلع الرياضية.
- تستخدم النانو لجعل مواد البناء مثل الزجاج والفولاذ أكثر أمانًا وأرخص تكلفة.
- تستخدم النانو في إنتاج المعادن النانوية ومركبات البوليمر.
استخدامات تقنية النانو في الطاقة
يمكن تلخيص استخدامات تقنية النانو في مجال الطاقة على النحو التالي:
- إمكانية تصنيع الألواح الشمسية.
- بناء توربينات رياح أقوى وأخف وزنًا.
- زيادة كفاءة الوقود.
- يؤدي استخدام تقنية النانو إلى انخفاض التكاليف.
استخدامات تقنية النانو في الهندسة
تستخدم تقنية النانو في العديد من مجالات الهندسة، ويمكن سرد بعضها على النحو التالي:
- الإلكترونيات الدقيقة (رقائق الحواسيب الصغيرة ذات التوصيلات السريعة).
- مجال الهندسة الميكانيكية (المحركات الدقيقة).
- مجال الهندسة المدنية (المواد النانوية المستخدمة في المباني والجسور).
- الهندسة الحيوية (مجسات وهندسة الأنسجة).
- حماية من الأشعة الفوق بنفسجية.
استخدامات تقنية النانو في الطب
يكمن استخدام النانو في الطب في جعل الطب أكثر أمانًا وسهولة، يمكن استخدامه في هذا المجال على النحو التالي:
- تحسين أنظمة توصيل الأدوية لمجموعة من الأمراض المستعصية مثل السرطان والسكري وأمراض القلب.
- التوصيل المباشر للأدوية القاتلة للسرطان على المستوى الجزيئي.
- تقليل الآثار الجانبية.
- زيادة نمو الخلايا العصبية.
- تجديد الأعصاب التالفة في العمود الفقري.
استخدامات تقنية النانو في الحرب
مجالات استخدام تقنية النانو في ساحة المعركة هي:
- درع مصنوع من أنابيب الكربون النانوية.
- تحسين الرعاية الطبية وعلاج إصابات الجنود.
- لإنتاج مواد خفيفة وقوية وفعالة للغاية.
- أجهزة الاتصالات مثل روبوتات الاستطلاع والرادارات.
- تصميم مستشعر محسّن بالنانو.
تطبيقات النانو تكنولوجي في الكيمياء
- تحفيز التفاعلات الكيميائية: تعمل كمحفز فعال في العديد من التفاعلات الكيميائية، حيث توفر مساحة سطح كبيرة نسبياً بالنسبة لحجمها.
- الطاقة: تقنية النانو في تطوير بطاريات أكثر كفاءة، وخلايا شمسية ذات كفاءة أعلى.
- الكيمياء الطبية: اكتشاف أدوية جديدة تساعد على تحسين توصيل الدواء إلى خلايا معينة في الجسم.
- الكشف عن المواد الكيميائية: الكشف عن المواد الكيميائية والملوثات بكميات صغيرة جداً، مما يساعد على كشف الأمراض وتحجيمها.
- تنقية المياه: تطوير مواد نانوية لفلترة وتنقية المياه من الشوائب، مثل إزالة المعادن الثقيلة والملوثات العضوية.
تطبيقات تقنية النانو في الفيزياء
- زيادة كفاءة تحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء من خلال تحسين امتصاص الضوء وتقليل الفاقد في الطاقة.
- تصوير التفاصيل الدقيقة على المستوى الذري، وعلى المستوى الطبي تطوير أشعة الرنين المغناطيسي لاكتشاف الأمراض بشكل دقيق.
- تصنيع محركات وآلات صغيرة جدًا تعمل على مقياس النانومتر. هذه المحركات قد تُستخدم في تطبيقات مثل الروبوتات الدقيقة والآلات الجزيئية.
- يمكن استخدام الجسيمات النانوية لتحسين خواص المواد، مثل زيادة صلابتها أو مقاومتها للحرارة والتآكل
- تطوير أشباه الموصلات ذات الأداء العالي، مما يسهم في تصغير حجم الأجهزة الإلكترونية وزيادة كفاءتها.
تطبيقات النانو تكنولوجي في البيئة
- تنقية المياه: تصنيع مرشحات فعالة للغاية لتنقية المياه من الملوثات مثل المعادن الثقيلة، الميكروبات، المواد الكيميائية السامة، والجسيمات الدقيقة
- تنقية الهواء: يمكن استخدام مواد نانوية لامتصاص الملوثات الغازية مثل أكاسيد النيتروجين والكبريت، والمواد العضوية المتطايرة، مما يساعد في تحسين جودة الهواء.
- المحافظة على الموارد الطبيعية: تطوير تقنيات لتحسين كفاءة استخدام الطاقة في التطبيقات الصناعية والزراعية، مما يساهم في تقليل استهلاك الموارد الطبيعية وتقليل الانبعاثات.
- إنتاج الطاقة البديلة: تطوير خلايا شمسية أكثر كفاءة ومرونة، مما يساعد في تعزيز استخدام الطاقة الشمسية كمصدر نظيف للطاقة.
تقنية النانو في جسم الإنسان
- توصيل الأدوية مباشرة إلى الخلايا أو الأنسجة المستهدفة، مثل الخلايا السرطانية، مما يقلل من تأثيرات الدواء على الأنسجة السليمة ويزيد من فعالية العلاج.
- استهداف الخلايا السرطانية، ثم يتم تنشيطها بواسطة ضوء معين لتدمير الخلايا السرطانية.
- الكشف عن الأمراض في مراحل مبكرة جدًا، مثل اكتشاف السرطان أو الأمراض المعدية قبل ظهور الأعراض.
- تُستخدم لتحسين دقة الصور الطبية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET).
ما هي إيجابيات وسلبيات النانو؟
تقنية النانو لها بعض المزايا وكذلك بعض العيوب. بعضها مذكور أدناه:
مزايا تكنولوجيا النانو
تتمتع النانو بالعديد من الفوائد التي تؤثر بشكل إيجابي على مجالات الحياة المختلفة، ويمكن سرد بعض فوائد تقنية النانو على النحو التالي:
- التقدم والتحسن في علاج الأمراض الخطيرة والمستعصية مثل السرطان.
- تحسين الإنتاج يستخدم أدوات إنتاج خفيفة الوزن وذات كفاءة عالية.
- تطوير الأجهزة الإلكترونية بما في ذلك أجهزة الاستشعار الدقيقة وشاشات LED وشاشات البلازما وأجهزة الكمبيوتر.
- تطوير معدات التشخيص.
- توفير منتجات موفرة للطاقة مثل الخلايا الشمسية.
عيوب تكنولوجيا النانو
لتقنية النانو العديد من الأضرار التي تؤثر سلبًا على حياة الإنسان في كثير من المجالات، ويمكن حصر بعضها على النحو التالي:
- اضطراب الأسواق الاقتصادية المرتبط مباشرة بالانخفاض المحتمل في قيمة النفط؛ والسبب في ذلك هو وجود وتطوير أكثر مصادر الطاقة كفاءة.
- أصبح الوصول إلى أسلحة الدمار أكثر سهولة.
- تطوير أسلحة ذرية.
- زيادة تكلفة البحث وكذلك جميع المنتجات القائمة على كائنات النانو.
- فقدان الكثير من الوظائف، أهمها الوظائف الزراعية والصناعية.
هناك جانبان من جوانب النانو، أحدهما الإيجابيات والآخر هو السلبيات، لكن الفوائد تفوق أضرارها بكثير،فهذه التكنولوجيا موجودة في العديد من مجالات الحياة المختلفة ولا يمكن الاستغناء عنها.
استخدامات تقنية النانو
- مستقبل تكنولوجيا النانو له نقاط مضيئة ومظلمة، وهما وجهان لعملة واحدة، من المتوقع أن تنمو الصناعة وتتسارع على الصعيد العالمي، فضلاً عن التقدم التكنولوجي وزيادة الطلب على الأجهزة النانوية.
ولكن من ناحية أخرى، قد تتعثر وتنتشر المخاوف بشأن المخاطر البيئية والصحية وتسويق هذه التكنولوجيا،والمنتجات التي تستخدم تقنية النانو، ويمكن ذكر بعضها على النحو التالي:
الدروع الواقية للأجسام
- يختلف هذا النوع عن الدروع الأخرى في أن الأنابيب الكربونية النانوية متضمنة في تركيبة هذا النوع.
- مما يؤدي إلى زيادة قدرة هذا الدرع على منع الصدمات واختراق الرصاص.
مواد حماية الأسطح
- الغرض من مواد الأسطح النانوية هو إنشاء طبقات واقية لتقوية هذه الأسطح وزيادة مرونتها ومنعها من التآكل.
الألواح الشمسية النانوية
- تختلف هذه الألواح عن الألواح الشمسية "السيليكونية" الأخرى من حيث أنها تستخدم مواد مغلفة بجسيمات نانوية من ثاني أكسيد التيتانيوم.
- وتصبح هذه المادة شديدة المسامية، مما يسمح للخلايا الشمسية بالتعرض لأشعة الشمس عبر سطح أكبر.
المنتجات الغذائية والتعبئة والتغليف
- حيث يعمل علماء النانو على تطوير تقنيات جديدة لتعديل جزيئات الطعام، مثل توفير المذاق والقوام بكثافة مغذية محددة.
- وذلك من خلال استبدال بعض محتوى الدهون في كل جزء من المايونيز بالماء، يمكن جعل المايونيز المغذي أقل كثافة وأخف وزناً.
- كما تبحث العديد من الشركات عن طرق للاستفادة من هذه التقنية لتحسين تغليف المنتجات القابلة للتلف.
الإبر عبر الجلد
- المقصود هنا هو ما يحاول مهندسو تكنولوجيا النانو القيام به حيال هذه الإبر.
- وذلك لاستكشاف طرق مختلفة لإدخال الإبر الدقيقة والميكروية في الجلد.
الضمادات
- تستخدم الضمادات لحماية الجروح، ويحاول مهندسو النانو البحث عن طرق جديدة لزيادة فعالية هذه الضمادات عن طريق إضافة معادن نبيلة إليها.
- نظرًا لأن مزيج هذه المعادن قد ثبت أنه يساعد في مكافحة الالتهابات البكتيرية نظرًا لخصائصه الطبيعية المضادة للبكتيريا.
- فقد طوروا طرقًا جديدة لإنشاء هذه الضمادات باستخدام جزيئات الفضة النانوية لعلاج جروح الحروق.
المعدات الرياضية
- هناك العديد من المعدات الرياضية التي تم تطويرها باستخدام تقنية النانو.
- كمثال على هذه المعدات؛ مضارب التنس وكرة الريشة ودراجات السباق والزلاجات وغيرها تجعل الرياضيين أكثر راحة وخفة الحركة.
مستحضرات التجميل
- يمكن العثور على تطبيقات تقنية النانو في العديد من مستحضرات التجميل.
- مثل منتجات العناية بالشعر والمكياج وواقي الشمس.
الملابس
- تستخدم تكنولوجيا النانو في إعداد المنسوجات حيث تساعد جزيئات النانو سيليكا الأقمشة على مقاومة الماء والسوائل الأخرى.
- ويمكن ملاحظة استخدام هذه التقنية في بعض الملابس لأنها مقاومة للماء والسوائل فلا تمتصها.
المواد اللاصقة
- تستخدم بعض المواد اللاصقة تقنية النانو.
- وتجدر الإشارة إلى أنه على عكس المواد التي تستخدم تقنية النانو في تركيبها، تفقد معظم المواد اللاصقة التصاقها في درجات الحرارة العالية.
وختاما بعدما تعرفنا على ما هي تقنية النانو، يتبين لنا مدى استفادة البشرية من تلك التكنولوجيا التي طبقت في العديد من المجالات.
للإستفادة من هذا المقال انسخ الرابط
https://mafahem.com/sl_18295
تم النسخ
لم يتم النسخ
المراجع
-
, What Is Nanotechnology
,
https://www.nanowerk.com/nanotechnology/introduction/introduction_to_nanotechnology_1.php -
, Nanotechnology: a small solution to big problems
,
https://www.iberdrola.com/innovation/nanotechnology-applications
