تقنية النانو: التكنولوجيا الثورية في العالم المُصغَّر

تقنية النانو تشير إلى الإمكانيات الكبيرة في التحكم بالمادة على مستوى جزيئي. تمكنت من ابتكارات علمية جديدة وتطبيقات تكنولوجية. في القرن الماضي، اختفى حجم الأجهزة الإلكترونية الكبير. أصبح بإمكاننا اقتناء جهاز صغير بحجم الكف يؤدي ملايين العمليات في زمن قصير.

¹ شهدنا أيضًا تقدمًا في تقنيات التصنيع النانوية. هذه التقنيات أصبحت جزءًا أساسيًا في تصنيع أشباه الموصلات.

¹ تعد تقنية النانو ثورة علمية. يمكنها تغيير هيكل التقنيات فعليًا في مجالات عدة. مثل الطب والإلكترونيات ومجال الطاقة.

الملخصات الرئيسية

• تقنية النانو هي عالم مذهل من الإمكانات الهائلة التي تتيح التحكم في المادة على مقياس جزيئي.
• حجم الأجهزة الإلكترونية آخذ بالتناقص منذ القرن الماضي.
• تقنيات التصنيع النانوية تستخدم على نطاق واسع في صناعة أشباه الموصلات.¹
• تقنية النانو تعتبر ثورة علمية قادرة على تغيير هيكلة العمليات في مجالات مختلفة.
• الاستثمارات الحكومية في مشاريع تقنية النانو تتزايد باستمرار.¹

ما هي تقنية النانو؟

تقنية النانو تعني تطوير وصناعة هياكل وأجهزة صغيرة. يتم التحكم بحجمها على مستوى النانومتر². علم النانو يركز على الظواهر التي تحدث بفعل تغييرات بسيطة بدرجات الحجم.

مفهوم تقنية النانو

تطورت فكرة تقنية النانو من عام 1959. حينما قال الفيزيائي ريتشارد فاينمان عبارة “هناك الكثير من الفسحة في القاع”². من ذلك الحين وازداد الاهتمام بالتقنية في مجال الإلكترونيات وغيرها.

الفرق بين علم النانو وتقنية النانو

علم النانو يدرس الخصائص التي تظهر بفعل تغييرات بسيطة في الشكل والحجم. أما تقنية النانو فتعني تطبيق هذه الخصائص في تطوير أجهزة وأنظمة².

نشأة وتطور تقنية النانو

فكرة تقنية النانو بدأت عام 1959 مع تعريف ريتشارد فاينمان للمفهوم. وقد استخدم أولاً مصطلح “تكنولوجيا النانو” في عام 1974². منذ ذلك الحين، اهتم العلماء والحكومات والشركات بتنمية التقنية.

فعلى سبيل المثال، في 2006، بحثاً من كوريا أنتجوا أصغر جهاز إلكتروني نانوي بعرض 3 نانومتر. كما أنظمة حكومية من أكثر من 60 دولة دعمت بحوالي 2001-2004 برامج بحث وتطوير. بجانب تلك الدعم، قامت شركات رائدة ببحث وتطوير متقدم في المجال.

من بين هذه الشركات، سامسونج ونيبون للصلب وآي بي إم وتوشيبا وكانون. تقنية النانو تأثرت بالعديد من المجالات كالفيزياء والكيمياء والبيولوجيا².

أنواع ومجالات تطبيق تقنية النانو

تقنية النانو استخدمت بكثرة في تصنيع أشباه الموصلات. أدوات تقنية النانو في الطب ساهمت بطرق علاج جديدة. مثلاً، استخدمت أجهزة كمبيوتر مصغرة لعلاج الباركنسون.³

تقنية النانو في الطب

الجزيئات النانوية غيّرت صناعة صور تحت الميكروسكوب وعلاجات السرطان. وظائف النانوية في الطب تدعم التفاعل مع الخلايا. في هندسة الأنسجة، النانو تسهّل شفاء الأنسجة وتساعد في نمو الخلايا.³

دور التقنية النانوية كبير في التحفيز الكيميائي. تستخدم في صناعة المواد الكيميائية. الأغشية المسامية النانوية تنقي السوائل بفعالية.³

تقنية النانو في الإلكترونيات

في الإلكترونيات، جعلت تقنية النانو الأجهزة أفضل بفضل زيادة كفاءتها. كما ساهمت في تقليص حجمها.⁴

تقنية النانو في قطاع الطاقة

تقنية النانو مهمة في تطوير الطاقة. تحسّن استخدام الطاقة بواسطتها، بوجود حلول جديدة مثل الخلايا الشمسية والبطاريات المتقدمة.³

ابتكارات التقنية النانوية تغير كل ما في سلسلة القيمة في قطاع الطاقة. في الخلايا الشمسية، هناك خلايا نانوية تكلف أقل. أيضًا، قطاع البطاريات يستفيد من تكنولوجيا النانو ببطاريات تدوم أطول.⁴

تقنية النانو والمواد النانوية

الكربون يتميز بخصائص كيميائية فريدة تجعله مثيراً للاهتمام. يمكن لهذا العنصر أن يتشكل في أشكال مثل الجرافيت والماس. تم اكتشاف أشكال جديدة أيضًا، مثل الفلورين والأنابيب النانوية والجرافين.⁵ هذا زاد من اهتمام العلماء بالمواد النانوية.

المواد النانوية الكربونية

تعتبر المواد النانوية الكربونية مهمة في تقنية النانو. فهي تتميز بخصائص فريدة وتجارة واسعة النطاق. هذه المواد تضم الأنابيب الكربونية والجرافين والفلورين.

تمنح هذه المواد إمكانيات جديدة في الإلكترونيات والطاقة والبيئة والطب⁵.

طرق معالجة المواد على المقياس النانوي

توجد طريقتان رئيسيتان لمعالجة المواد على المقياس النانوي. الطريقة من أعلى إلى أسفل والعكس. الأولى تدور حول تقسيم مواد كبيرة إلى الحجم المرغوب.

هذه الطرق المختلفة مهمة للعلماء والمهندسين. تمكنهم من تحقيق أهدافهم بسهولة. كما تساعد في تطوير تقنية النانو في مختلف المجالات.

مستقبل تقنية النانو

الحكومات تخصص كثير من الأموال في تطوير تقنية النانو. عام 2008، كانت الاستثمارات العالمية فوق 6 مليارات دولار.⁶ ومع ذلك، معظم المنتجات النانوية لا تزال تقدمها تجريبية وليست مبتكرة كما وعدت.

الاستثمارات والتطورات المستقبلية

في الخمسينات، انطلق مفهوم “تقنية النانو”. هذا جذب الحكومات لتشجيع البحث والتطوير. ميلونات الدولارات أُعيدت في هذا المجال.⁶ في 2012، أنفقت الولايات المتحدة 3.7 مليار دولار هنا. بينما واجه الاتحاد الأوروبي بـ 1.2 مليار دولار.⁶ جامعة Hang Yang في كوريا الجنوبية استخدمت النانو لتحسين المضادات الحيوية.

أظهر البحاثة في عام 2010 أنه يُمكن تعديل أساليب صناعة الرقائق. توقعات جديدة تشير إلى أن التطور في النانو يحمل وعْداً بالتميز. في العلوم والهندسة والطب وحتى الاقتصاد والمجال الدولي.

تحديات وإشكاليات تقنية النانو

هناك تحديات لتقنية النانو. منها الصعوبة في ضبط خصائص جزيئات النانو. كما نتيجة لذلك، نضطر لوضع نُقاش حول تأثيرها على الصحة والبيئة.⁶ الناس يسعون لمنع استعمال مواد نانو في السلع الاستهلاكية.

قد تكون المواد النانوية مفيدة جداً. وبالنفس الوقت الحاضر تثير القلق. لكن الخبراء في سلامة التقنية يسعون لوضع قوانين سلامة الاستخدام.

بالرغم من التحديات، مستقبل تقنية النانو هو واعد حقيقة. توفر العلم فرص كبيرة في مجالات الطب والكهرباء والطاقة. وأيضًا في البحوث البيئية والتصنيع.

فقد تحسّنت الطبقات النانوية. وأصبح بدونها بطاريات أقوى. وزادت خلايا الطاقة الشمسية فعاليتها.

كما أن النانو تساعد في الزراعة. من خلال توجيه العناصر الغذائية بشكل دقيق. النانو يحقّق استفادة أكبر من الموارد الطبيعية في الزراعة.

الخلاصة

تقنية النانو تمثل ثورة في مجالات حيوية مهمة. منها الطب والإلكترونيات وقطاع الطاقة.⁷ تطورت الأبحاث في هذا المجال كثيرًا.

ولكن، المنتجات النانوية المتاحة لا تزال بدائية.⁸ هناك تحديات للسيطرة على هذه المواد. ولتقليل المخاطر الصحية والبيئية.

في هذا السياق، هناك استثمارات حكومية كبيرة. تهدف لدعم بحوث وتطبيقات التقنية النانو في المستقبل.⁸

رغم التطورات، الكثير من المنتجات ليست متقدمة.⁷ العلماء يواجهون صعوبات في تحقيق التوقعات المتنوعة. وفي التحكم بالخصائص النانوية والمخاطر الصحية والبيئية.

مع ذلك، قطاعات مثل الطب والإلكترونيات والطاقة تشهد استثمارات حكومية كبيرة. تهدف لتطوير تقنيات نانو متطورة في المستقبل.⁸

تقنية النانو تزال في مرحلة التطور والتطبيق. تواجه تحديات كثيرة.⁸ لكن، تأثير التقدم العلمي والاستثمارات الضخمة مشجع. يبني هذا الثقة في قدرتها على تحقيق تقدم كبير في التكنولوجيا والعلوم.

⁹

روابط المصادر

1. https://www.arageek.com/listat/10-information-you-should-know-about-nanotechnology
2. https://ar.wikipedia.org/wiki/تقانة_النانو
3. https://ar.wikipedia.org/wiki/تطبيقات_تقنية_النانو
4. https://ayshahhabash.home.blog/تطبيقات-النانو-تكنولوجي/
5. https://studyfans.com/blogs/difference-between-nanoscience-nanotechnology-and-nanoengineering
6. https://alrai.com/article/10404004/كتاب/المستقبل-المذهل-لتقنية-النانو—nanotechnology
7. https://cdnx.uobabylon.edu.iq/undergrad_projs/U3KCk3Nhw0meK7DdnthuQ.pdf
8. https://kharchoufa.com/ما-هي-تقنيات-النانو-في-الطب-وكيف-ستغير-م/
9. https://ar.wikipedia.org/wiki/مواد_نانوية