النانو
بدأ استخدام مفهوم النانو تكنولوجي في العام 1959 لكنه ظل مفهوما نظريا حتى العام 1981، حينما اكتشف العلماء ما يعرف بأسلوب الفحص المجهري الأنبوبي وهو فحص مجهري بأسلوب تكنولوجي خاص لا يتم عن طريق الرؤية العادية عبر الميكروسكوب، وتمكنوا باستخدام هذا الأسلوب من رؤية هياكل الذرات الدقيقة والجزيئات المتناهية الصغر المكونة للكربون في عامي 1981 و1991. وبعد عقود أجريت خلالها أبحاث أساسية وتطبيقية أخذ يتراكم مخزون يتنامى من المواد التي يمكن استخدامها في تصنيع أجهزة ومعدات النانو تكنولوجي وبدأ تصنيعها وتطويرها في مرافق منتشرة في أنحاء متفرقة من العالم واستخدمت في حوالي 400 منتَج وخط إنتاج تشمل صناعة الأجهزة الالكترونية والأدوية ومواد التجميل وقطع السيارات والملابس وغيرها.
وطوال الفترة السابقة كان من يقومون بإنتاج المواد المستخدمة في تصنيع أجهزة وأدوات النانو تكنولوجي والمنتجات التي تستخدم فيها تلك التكنولوجيا هم الذين يتحملون مسؤولية اختبار منتجات معينة ومدى مطابقتها لمعايير السلامة ومدى مراعاة تلك المعايير في أماكن العمل ومراقبة تأثيرها على الصحة العامة. لكن الخبراء والمسؤولين في الحكومة أخذوا يتساءلون بدرجة وأعداد متزايدة عما إذا كانت المعايير المستخدمة في قياس معايير السلامة وحماية البيئة وأماكن العمل – التي وضعت قبل اكتشاف النانوتكنولوجي- هي المعايير الملائمة لقياس ومراقبة معايير السلامة في عصر النانو تكنولوجي، التي تشمل طائفة واسعة النطاق من الأساليب التكنولوجية وعمليات التصنيع والمنتجات. وقد ظهر العديد من المزايا والمنافع المحتملة لاستخدام النانو تكنولوجي، ونبع ذلك من حقيقة أن المواد المصنعة بأسلوب النانو تكنولوجي تختلف تماما في خصائصها وتكوينها الكيماوي والطبيعي والبيولوجي عن المواد التقليدية المعتاد استخدامها في الحياة اليومية بكميات كبيرة.
على سبيل المثال، وحسب تقرير العام 2006 للجنة الفرعية لعلوم وهندسة وتقنية قياس النانو تكنولوجي التابعة للمجلس القومي للعلوم والتكنولوجيا، فإن الذهب الذي تكمن قيمته المرتفعة في أن له خصائص غير إشعاعية حسبما كان معروفا في استخداماته بالطريقة التقليدية، أصبحت له خصائص إشعاعية مرتفعة حينما تم تحضيره باستخدام النانو تكنولوجي كمادة ثلاثية الجزيئات المتناهية الصغر. كما ظهرت فئات جديدة من المواد مثل وجود أشكال جديدة من الكربون، لها خصائص فريدة. وفي شهر تشرين الأول/أكتوبر 2005 أجازت وكالة حماية البيئة بالولايات المتحدة تصنيع نوع جديد من الأنابيب المتناهية الصغر من الكربون تطبيقا للاستثناء الوارد في قانون السيطرة على انبعاث المواد السامة. وكانت تلك هي المرة الأولى التي تجيز فيها الوكالة مادة كيماوية جديدة تعرّف بأنها مادة "نانو" .
وذكر التقرير أن "الإدراك العلمي لكيفية تفاعل المواد المنتجة أو المصنعة باستخدام النانو تكنولوجي مع النظم البيولوجية لم يكتمل بعد." ثم أورد التقرير قائمة بالتساؤلات المثارة التي لم تتم الإجابة عنها بعد حول المواد المصنّعة باستخدام أسلوب النانو تكنولوجي ، بما في ذلك التساؤلات المتعلقة بما إذا كانت الأساليب المستخدمة حاليا لاختبار مدى سمية المواد تعتبر أساليب ملائمة لقياس وتقييم مدى سميّة أو خطورة المواد المنتجة بالنانو تكنولوجي والآثار البيولوجية المحتمل أن تترتب عليها. نعلم أن المليون يعني106.والبليون1012 في النظام الإنجليزي وبعض دول أوروبا أو ألف مليون في الولايات المتحدة الأمريكية. ومع كثرة الأصفار منعًا لحدوث الخطأ في تكرارها ، فقد استخدم النظام الدولي للوحدات بعض الرموز والألفاظ الإغريقية للتعبير عن مضاعفات الأعداد الكبيرة ، وكذا كسورها ، وبالتالي أمكن التعبير عن أكبر وأصغر الأعداد كما يلي :
قـيـمـتـهـا البادئة
مليون مليون مليون (1810) اكـسا (exa)1018
ألف مليون مليون (1510) بـيـتـا (peta)1015
مليون مليون (1210) تـيـرا (tera)1012
ألف مليون (910) جـيـجـا (giga)109
مليون (610) مـيـجـا (mega)106
ألف (310) كـيـلو (kilo)103
مائة (210) هـكـتـو (hecto)102
10 ديـكـا (deca) 10
جزء من عشرة (10- 1) ديـسـي (deci)10-1
جزء من مائة (10- 2) سـنـتـي (centi)10-2
جزء من ألف (10- 3) مـيـللـي (melli)10-3
جزء من مليون (10- 6) مـيـكـرو (micro)10-6
جزء من ألف مليون (10- 9) نـانـو (nano)10-9
جزء من مليون مليون (10- 12) بـيـكـو (pico)10-12
جزء من ألف مليون مليون (10- 15) فـيـمـتـو(femto)10-15
جزء من مليون مليون مليون (10- 18) أتـو (atto)10-18
مصطلحات في عالم النانوتكنولوجي:
المصطلح التعريف
نانوNano متناهي الصغر واصل الكلمة يوناني وتعني القزم
النانومتر Nanometer وحدة قياس مترية = 1 من مليون جزء من الملليمتر =m 10-9
مقياس النانو
Nanoscale القياس من 1 نانومتر الى 100 نانومتر
علم النانو
Nanoscience دراسة تركيب وخصائص المواد عند مقياس النانومتر
تقنية النانو
Nanotechnology تصميم وصنع مواد وآلات عند مقياس النانومتر
مراحل ظهور تقنية النانو:
- جيمس ماكسويل (1867) فكرة التحكم في تحريك الذرات .
- فايمان (1959) هنالك متسع كبير في الداخل.
- نوريو تاينغوشي (1974) تسمية مصطلح النانوتكنولوجي .
- جيرد بينيج (1981) اختراع STM .
- سوميولوجيما (1991) اكتشاف الأنابيب الكاربونية.
منير نايفة (1992) التحكم بتحريك الذرات وإعادة ترتيبها بدقة باستخدام المجهر النفقي الماسح.
مبادئ تميز تقنية النانو:
س:مالذي يحدث في حالة تمكننا من التحكم في تحريك الذرات؟
س: مافائدة الوصول إلى الصغر الدقيق؟
المبادئ التالية توضح مميزات تقنية النانو:
المبدأ الميزة
إمكانية التحكم بتحريك الذرات منفردة بدقة وإعادة ترتيبها. إمكانية بناء أي مادة في الكون لان الذرة هي وحدة البناء لكل المواد.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة عند مقياس النانومتر تختلف عن خصائص نفس المادة عند مقياسها الطبيعي. اكتشاف خصائص مميزة للمواد يستفاد منها في الكثير من الاختراعات والمجالات التطبيقية.
تعتمد تقنية النانو على مبادئ الفيزياء والكيمياء والأحياء والهندسة الالكترونية. تربط العلوم وتشجع الجميع باختلاف تخصصاتهم العلمية على الدخول في مجالها والتعاون فيما بينهم.
إمكانية التحكم بالذرات في صنع المواد والآلات وتنقيتها من الشوائب وتخليصها من العيوب. تصبح خصائص المواد والآلات أفضل فهي اصغر واخف وأقوى وأسرع وارخص واقل استهلاكا للطاقة.
تعتمد تقنية النانو على الأبحاث العلمية التي تتصف بإمكانية تطبيقها في اختراعات واستخدامات مفيدة. تحول الخيال العلمي إلى واقع حقيقي.
مثال على تميز تقنية النانو :
يعتبر السليكون ماده شبه موصلة للكهرباء ولكنه يكون قادر على توصل الكهرباء فيما إذا صنع بطبقات بسمك 100 نانومتر, وهذه الخاصية تنطبق على جميع أشباه الموصلات عند تصغيرها لمقياس النانومتر.
عرف السليكون انه غير مناسب لإصدار أشعة الليزر ولكن باستخدام تقنية النانو تمكن الباحثون من حفر مليارات الثقوب النانوية في السليكون وإعادة ترتيب تركيبه ليصدر أشعة الليزر ويعد هذا الاكتشاف مهم لأنه يقرب إمكانية دمج الليزر مع الاجهزه الالكترونية في رقاقة سليكون واحدة لاداء أفضل وكلفة قليلة جدا.
إعداد الطالبة: هاله حلمي بالصف 2/2ع
