تقنية الجزيئات متناهية الصغر أوتقنية الصغائر أوتقنية النانو هي الفهم الذي يهتم بدراسة معالجة المادة على المقياس الذري والجزيئي. تهتم تقنية النانوبابتكار تقنيات ووسائل جديدة تقاس أبعادها بالنانومتر وهوجزء من الألف من الميكرومتر أي جزء من المليون من الميليمتر. عادة تتعامل تقنية النانومع قياسات بين 1 إلى 100 نانومتر أي تتعامل مع تجمعات ذرية تتراوح بين خمس ذرات إلى ألف ذرة. وهي أبعاد أقل كثيرا من أبعاد البكتيريا والخلية الحية. حتى الآن لا تختص هذه التقنية بفهم الأحياء بل تهتم بخواص المواد، وتتنوع مجالاتها بشكل واسع من أشباه الموصلات إلى طرق حديثة تماما معتمدة على التجميع الذاتي الجزيئي. هذا التحديد بالقياس يقابله اتساع في طبيعة المواد المستخدمة، فتقنية النانوتتعامل مع أي ظواهر أوبنايات على مستوى النانوالصغير. مثل هذه الظواهر النانوية يمكن حتى تتضمن تقييد كمي التي تؤدي إلى ظواهر كهرومغناطيسية وبصرية جديدة للمادة التي يبلغ حجمها بين حجم الجزيء وحجم المادة الصلبة المرئي. تتضمن الظواهر النانوية أيضا تأثير جيبس-تومسون - وهوانخفاض درجة انصهار مادة ما عندما يصبح قياسها نانويا، اما عن بنايات النانوفأهمها أنابيب النانوالكربونية.

يستخدم بعض الكتاب الصحفيين أحيانا مصطلح (تقنية الصغائر للتعبير عن النانو) رغم عدم دقته، فهولا يحدد مجاله في تقنية النانوأوالميكرونية إضافة إلى التباس حدثة صغائر التي قد تفهم بمعنى جسيم لأن البعض يسمي الجسيمات بالدقائق.

علوم النانووتقنية النانو إحدى مجالات علوم المواد واتصالات هذه العلوم مع الفيزياء، الهندسة الميكانيكية والهندسة الحيوية والهندسة الكيميائية تشكل تفرعات واختصاصات فرعية متعددة ضمن هذه العلوم وجميعها يتعلق ببحث خواص المادة على هذا المستوى الصغير.

وتكمن صعوبة تقنية النانوفي مدى إمكانية السيطرة على الذرات بعد تجزئة الموادالمتكونة منها. فهي بحاجة بالتالي إلى أجهزة دقيقة جدا من جهة حجمها ومقاييسها وطرق رؤية الجزيئات تحت الفحص. كما حتى صعوبة التوصل إلى قياس دقيق عند الوصول إلى مستوى الذرة يعد صعوبة أخرى تقابل هذا الفهم الجديد الناشئ. بالإضافة ما يزال هناك جدل ومخاوف من تأثيرات تقنية النانو، وضرورة ضبطها.

ثورة النانوفي العالم

انطلقت بعض الدول لعمل دراسات حول هذه التقنية، وقامت دول أخرى بعمل مراكز بحوث ودراسات وجامعات مخصصة لتقنية النانو، وكلفت مجموعة من الخبراء المميزين لدراسة هذه التقنية.

تقنية النانو

لقد كان التطور التقني الضخم هوالسمة الفريدة في القرن العشرين الذي ودعناه قبل بضع سنوات، وقد أجمع الخبراء على حتى أبرز تطور تقني في النصف الأخير من القرن الحالي هواختراع إلكترونيات السيليكون أوالترانزيستور والمعامل الإلكتروني، فقد أدى تطويرها إلى ظهور ما يسمى بالشرائح الصغرية والتي أدت إلى ثورة تقنية في جميع المجالات مثل الاتصالات والحاسوب والطب وغيرها. فحتى عام 1950 لم يوجد سوى التلفاز الأبيض والأسود، وكانت هناك فقط عشرة حواسيب في العالم أجمع. ولم تكن هناك هواتف ننطقة أوساعات رقمية أوالإنترنت، جميع هذه الاختراعات يعود الفضل فيها إلى الشرائح الصغرية والتي أدى ازدياد الطلب عليها إلى انخفاض أسعارها بشكل سهل دخولها في تصنيع جميع الإلكترونيات الاستهلاكية التي تحيط بنا اليوم. وخلال السنوات القليلة الفائتة، برز إلى الأضواء مصطلح حديث ألقى بثقله على العالم وأصبح محط الاهتمام بشكل كبير، هذا المصطلح هو"تقنية النانو".

هذه التقنية الواعدة تبشر بقفزة هائلة في جميع فروع العلوم والهندسة، ويرى المتفائلون أنها ستلقي بظلالها على كافة مجالات الطب الحديث والاقتصاد العالمي والعلاقات الدولية وحتى الحياة اليومية للفرد العادي فهي وبكل بساطة ستمكننا من خلق أي شيء نتخيله وذلك عن طريق صف جزيئات المادة إلى جانب بعضها البعض بشكل لا نتخيله وبأقل كلفة ممكنة، فلنتخيل حواسيبَ خارقة الأداء يمكن وضعها على رؤوس الأقلام والدبابيس، ولنتخيل أسطولا من روبوتات النانوالطبية والتي يمكن لنا حقنها في الدم أوابتلاعها لتعالج الجلطات الدموية والأورام والأمراض المستعصية.

والنانوهي مجال العلوم التطبيقية والتقنية تغطي مجموعة واسعة من المواضيع. توحيد الموضوع الرئيسي هوالسيطرة على أي أمر من حجم أصغر من الميكروميتر، كذلك تصنيع الأجهزة نفسه على طول هذا الجدول. وهوميدان متعدد الاختصاصات العالية، مستفيدا من المجالات مثل فهم صمغي الجهاز مدد الفيزياء والكيمياء. هناك الكثير من التكهنات حول ما حديث الفهم والتقنية قد تنتج عن هذه الخطوط البحثية. فالبعض يرى النانوترويج مصطلح يصف موجودة من قبل الخطوط البحوث التطبيقية إلى اللجنة الفرعية حجم ميكرون واسع. رغم بساطة ما لهذا التعريف، النانوعليا تضم مختلف مجالات التحقيق. النانويتخلل مجالات عديدة، بما فيها صمغي العلوم والكيمياء والبيولوجيا والفيزياء التطبيقية. فانه يمكن حتى يعتبر امتدادا للعلوم في القائمة، تقدر إما إعادة صياغة العلوم القائمة باستخدام أحدث وأكثر الوسائل عصرية. فهناك نهجين رئيسيين تستخدم تقنية النانو : فهو"القاعدة" التي هي مواد وأدوات البناء من الجزيئات التي تجمع بينها عناصر كيميائية تستخدم مبادئ الاعتراف الجزيئي ؛ الآخر "من القمة إلى القاعدة" التي تعارض هي نانومبنى أكبر من الكيانات دون المستوى الذري. زخم النانونابعة من اهتمام حديث صمغي العلوم إضافة جيل حديث من الأدوات التحليلية مثل مجهر القوة الذرية (ساحة) ومسح حفر نفق المجهر (آلية المتابعة. العمليات المشهجرة والمكررة مثل شعاع الإلكترون والطباعة الحجرية هاتين الأداتين في التلاعب المتعمد، نانوستروستوريس وهذا بدوره أدى إلى رصد ظواهر جديدة. النانوأيضا مظله وصف التطورات التقنية الناشئة المرتبطة الفرعية المجهري الأبعاد. على الرغم من الوعد العظيم التقنيات المتناهية الدقة عديدة مثل حجم النقاط والنانومتريه، حقيقي الطلبات التي خرجت من المختبر إلى السوق والتي تستخدم أساسا مزايا صمغي نانوبارتيكليس في معظم شكل مثل سمرة الشمس المستحضر ومستحضرات التجميل والطلاءات الواقية وصمة المقاومة الملابس.

يعتقد الفهماء حتى تقنية النانوستحل مجموعة من التحديات التي تقابل البشرية كالأمراض وتوفير المياه النظيفة للجميع فضلا عن رحلات فضائية رخيصة لا تؤثر فيها الإشعاعات.

إن أصل حدثة "النانو" مشتق من الحدثة الاغريقية "نانوس " وهي حدثة إغريقية تعني القزم ويقصد بها، جميع شيء صغير وهنا تعني تقنية المواد المتناهية في الصغر أوالتكنولوجيا المجهرية الدقيقة أوتكنولوجيا المنمنمات. وفهم النانوهودراسة المبادئ الأساسية للجزيئات والمركبات التي لا يتجاوز قياسه الـ 100 نانومتر، فالنانوهوأدق وحدة قياس مترية معروفة حتى الآن، ويبلغ طوله واحد من بليون من المتر أي ما يعادل عشرة أضعاف وحدة القياس الذري المعروفة بالأنغستروم، ويعرَّف النانومتر بأنه جزء من البليون من المتر، وجزء من الالف من الميكرومتر. ولتقريب هذا التعريف إلى الواقع فان قطر شعرة الرأس يساوي تقريبا 75000 نانومتر، كما ان حجم خلية الدم الحمراء يصل إلى 2000 نانومتر، ويعتبر عالم النانوالحد الفاصل بين عالم الذرات والجزيئات وبين عالم الماكرو.

ضآلة متناهية

لنتخيل شيئا في متناول أيدينا على سبيل المثال مكعب من المضى طول ضلعه متر واحد ولنبتره بأداة ما طولا وعرضا وارتفاعا سيكون لدينا ثمانية مكعبات طول ضلع الواحد منها 50 سنتيمترا، وبمقارنة هذه المكعبات بالمكعب الأصلي نجد أنها ستحمل جميع خصائصه كاللون الأصفر اللامع والنعومة وجودة التوصيل ودرجة الانصهار وغيرها من الخصائص ماعدا القيمة النقدية بالطبع، ثم سنقوم ببتر واحد من هذه المكعبات إلى ثمانية مكعبات أخرى، وسيصبح طول ضلع الواحد منها 25 سنتيمترا وستحمل نفس الخصائص بالطبع، وسنقوم بتكرار هذه العملية عدة مرات وسيصغر المقياس في جميع مرة من السنتيمتر إلى المليمتر وصولا إلى الميكرومتر. وبالاستعانة بمكبر مجهري وأداة بتر دقيقة سنجد حتى الخواص ستبقى كما هي عليه وهذا واقع مجرب في الحياة العملية، فخصائص المادة على مقياس الميكرومتر فأكبر لا تعتمد على الحجم.

تحديات تقابل النانو

عودة إلى موضوع الشرائح الصغرية، قد يحدث من المناسب حتى نذكر القانونين التجريبين الذين وضعهما جوردون مور رئيس شركة إنتل العالمية ليصف بهما التغير المذهل في إلكترونيات الدوائر المتكاملة.

فقانون مور الأول ينص على حتى المساحة اللازمة لوضع الترانزيستور في شريحة يتضاءل بحوالي النصف جميع 18 شهرا. هذا يعني حتى المساحة التي كانت تتسع لترانزستور واحد فقط قبل 15 سنة يمكنها حتى تحمل حوالي 1’000 ترانزستور في أيامنا هذه، ويمكن توضيح القانون بالنظر إلى الرسم البياني التالي :

قانون مور الثاني يحمل أخبارا قد تكون غير مشجعة ؛ كنتيجة طبيعية للأول فهويتنبأ بأن كلفة بناء خطوط تصنيع الشرائح تتزايد بمقدار الضعف جميع 36 شهرا.

إن مصنعي الشرائح قلقون بشأن ما سيحدث عندما تبدأ مصانعهم بتصنيع شرائح تحمل خصائصًا نانوية. ليس بسبب ازدياد التكلفة الضخم فحسب، بل لأن خصائص المادة على مقياس النانوتتغير مع الحجم، ولا يوجد هناك سبب محدد يجعلنا نصدق حتى الشرائح ستعمل كما هومطلوب منها، إلا إذا تم اعتماد طرق جديدة ثورية لتصميم الشرائح المتكاملة. في العام 2010 يفترض أن تصبح جميع المبادئ الأساسية في صناعة الشرائح قابلة للتغيير وإعادة النظر فيها بمجرد حتى نبدأ بالانتنطق إلى الشرائح النانوية منذ حتى وضع مور قانونيه التجريبيين، إذا إعادة تصميم وصناعة الشرائح لن بحاجة إلى التطوير فحسب ؛ بل ستحتاج إلى ثورة تتغير معها المفاهيم والتطلعات. هذه المعضلات استرعت انتباه عدد من كبرى الشركات وجعلتهم يبدؤون بإعادة حساباتهم وتسابقهم لحجز مسقط استراتيجي في مستقبل شرائح النانو.

تاريخ تقنية النانو

• كشفت أبحاث ماريان ريبولد وزملائها في جامعة درسدن الألمانية الغطاء عن سر السيف الدمشقي المشهور بقدرته الكبيرة على البتر ومتانته المذهلة ومرونته الكبيرة، فقد تبين لها أنه مصنوع من مواد مؤلفة بمقياس النانومتر، فأنابيب الكربون النانوية التي تعتبر من أقوى المواد المعروفة وذات المرونة ومقاومة الشد المرتفعة، أحاطت بالأسلاك النانوية من السمنتيت (Fe₃C) وهومركب قاس وقصف.
• منذ آلاف السنين قصد البشر استخدام تقنية النانو. عملى سبيل المثال أستخدم في صناعة الصلب والمطاط. كلها تمت اعتمادا على خصائص مجموعات ذرية نانوميترية في تشكيلات عشوائية.وتتميز عن الكيمياء في أنها لا تعتمد على الخواص الفردية للجزيئات.. الأولى إلى بعض المفاهيم المميزة في النانوتقنية(تسبيق لكن استخدام هذا الاسم) في عام 1867 محرر جيمس ماكسويل عندما اقترحت فكرة تجربة صغيرة كيان يعهد ماكسويل للشيطان من معالجة الجزيئات الفردية. في عام 1920 أدخل ارفنغ لانجميور وكاثرين بلودغيت مفهوم نظام monolayer أي طبقة ذرية واحدة أوطبقة مادة يبلغ سمكها مقاييس الذرة. وحصل لانجميور على جائزة نوبل في الكيمياء لعمله.

انتقادات وردود

النانوجزيئات صغيره جدًا إلى الحد الذي يمكنها من التسلل وراء جهاز المناعة في الجسم البشري، وبإمكانها أيضًا حتى تنسل من خلال غشاء خلايا الجلد والرئة، وما هوأكثر إثارة للقلق حتى بإمكانها حتى تتخطى حاجز دم الدماغ.

في سنة 1997م أظهرت دراسة في جامعة أكسفورد حتى نانوجزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم الموجودة في المراهم المضادة للشمس أصابت الحمض النووي DNA للجلد بالضرر. كما أظهرت دراسة في شهر مارس الماضي من مركز جونسون للفضاء والتابع لناسا حتى نانوأنابيب الكربون هي أكثر ضررًا من غبار الكوارتز الذي يسبب السيليكوسيس وهوسقم مميت يحصل في أماكن العمل.

النانوغدا

• مواد نانو: انابيب النانوالكربونية، مواد خفيفة يمكن ان تحدث ثورة في تصميم السيارات بسبب قوتها وقدرتها على توصيل الكهرباء والحرارة.
• نانوروبوت: الفترة المقبلة في عمليات التصغير يمكن ان تؤدي إلى تصنيع محركات أوروبوتات ميكروسكوبية للمساعدة في دراسة الخلايا والنظم البيولوجية، بالإضافة إلى الألياف.
• عربات ميكرو: عربات متناهية في الصغر يمكن تطويرها لأبحاث الفضاء العميق، والمدارات والمناخ أواستكشاف الأسطح المتحركة.
• أوضح سكوت مايز رئيس معهد فورسايت في بالوالتوبولاية كاليفورنيا «اعتقد انه على المدى القصير سنشاهد زيادة تدريجية في التقدم». وتجدر الإشارة إلى ان هذا المعهد هيئة لا تسعى للربح هدفه تعليم الرأي العام بخصوص نتائج التقدم في تقنيات النانو. واضاف مايز لا تتسقطوا قفزات هائلة في تقنية النانوفي الوقت الراهن، بل زيادات تدريجية ـ التي بدأت تظهر بالعمل في مجالات المجسات، بل والمنتجات التجارية من مستحضرات التجميل إلى المعدات الرياضية. وذكر ان معهد فورسايت يفحص في الوقت الراهن كيف من الممكن أن يمكن لتقنية النانولقاءة مجموعة من التحديات التي تقابل البشرية اليوم. ومن بين قائمة أبرزعشرة موضوعات بالإضافة إلى لقاءة الأمراض المعدية وعلاج السرطان، وتوفير المياه النظيفة للجميع ـ هي توفير رحلات فضائية رخيصة للفضاء. ونطق انه من الصعب القول ان تطبيقا معينا أكثر أهمية من التطبيقات الأخرى.

انظر أيضًا

المراجع

وصلات خارجية

• مدونة علوم النانوتكنولوجي (بالعربية)
• التقانة النانوية والمستشعرات النانوية (كتاب) (بالعربية)

تقنية النانو في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز