تعريف عام عن مفهوم النانو

في هذه التدوينة سوف أحاول ان أقدم لك تعريف بسيط لمفهوم النانو ولماذا يعتبر الآن الشغل الشاغل لكل مراكز الأبحاث في العالم وبعدها في تدوينات قادمة سوف أضع لك مجموعة مراجع عبارة عن مجموعة من الفيديوهات الوثائقية وبعض الكتاب التى سوف تساعدك أكثر على فهم هذا الأمر. وخصوصا أن الأمر معقد بعض الشيئ لو لم يكن لديك خلفية جيدة في الفيزياء والكيمياء بالأضافة إلى التعمق أكثر في تفاصيل حول هذا العالم.

قبل أن ابدا لابد لك كقارئ أن تكون على علم ببعض التفاصيل الصغيرة عن النانو وتاريخه وماذا يعني وماهي مقاساته وابعاده والتى سوف تجدها على الانترنت بكثرة فالهدف من الكتابة ليس إعادة تكرار المواد المنشورة بل محاولة تبسيط المعلومات المعقدة قليلا.

مقدمة

يجمع الكثير من العلماء على عدم وجود تعريف صريح وواضح لتكنلوجيا النانو ففي كل مجال هناك إستفادة معينة لهذه التقنية, لكن بالمجمل هي بوابتنا نحو تحسين الخواص المختلفة للمواد الموجودة مثل الخواص الطبيعية والكيميائية والبيولوجية وبالتالي نحصل على مواد جودتها أفضل على كل الأصعدة وهذا ما نراه الآن في عالمنا من خلال الوصول إلى التركيب الذري لتلك المواد والتلاعب بتركيبتها أو بمجرد تصغيرها إلى حجم النانو فقط, كيف ولماذا سوف نرى فيما بعد؟!.

أختلاف العلماء على طريقة التعريف كما ذكرت مسبقا يعود إلى طريقة الأستفادة من هذه التقنية ففي عالم التكنلوجي أو الألكترونيات أتاحت لنا هذه التقنية الحصول على أحجام صغيرة مثل المعالجات والهاردات وبكفاءة وقوة أكبر بينما في تقنيات آخرى أعطتنا صلابة أقوى مما عليه بمجرد تحويل تلك المواد إلى مواد نانوية أي أصغر مما كانت من خلال أستخدام تقنيات علمية معقدة ومختلفة وأبسطها أستخدام تقنية الطحن الميكانيكي أو Milling Mechanical والتى تتيح أنتاج كميات ضخمة من مساحيق حبيبات النانو وبتكلفة زهيدة مقارنة بالطرق الآخرى.

سوف استعرض معكم في الفيديو القادم أحد طرق السحق والتى يطلق عليها Bill Mill وهي تعتمد على أسطوانات مفرغة من الهواء, يتم شحن تلك الأسطوانات بنفس جسيمات تلك المواد ويضاف إليها كرات صلادتها أقوى من صلادة المواد المراد طحنها.

ما تراه في هذا الفيديو هو كرات ومادة آخرى لم تذكر ولنفرض انها المنيوم, توضع هذه المواد على شكل كرات صغيرة وبعدها يبدأ الدوران بسرعة كبيرة جدا تصل إلى 800 دورة في الدقيقة الواحدة ولعدة ساعات وربما أيام بحسب المادة المراد طحنها حتى تتحول تلك المواد إلى بودرة صغيرة الحجم جدا, شاهد الفيديو كاملا وخاصة بعد الدقيقة الخامسة لترى عن قرب طريقة الطحن التى تجري عن قرب أكثر.

كل تلك المقدمة كانت للوصول معك إلى تساؤل واحد وهو لماذا نحول تلك المواد إلى حبيبات صغيرة جدا ؟

أكتشف العلماء أن بمجرد طحن بعض المواد المعروفة مثل الألمنيوم إلى حبيبات صغيرة جدا أعطى تلك المواد خواص أقوى وأفضل من قبل فزادة الصلابة كثيرا بعد إعادة تصنيع تلك المواد على شكل صفائح أو أي شيئ آخر, بينما وجدوا أن السيليكون الذي يعتبر شبه موصل للكهرباء عند وصوله لحجم النانو وجدوا انه اصبح موصل جيد للكهرباء ووجدوا ايضا ان السيليكون الذي يعتبر لا لون له (معتم) عند وصوله لحجم واحد نانو أصبح يشع باللون الأزرق وعند حجم ثلاثة نانو أصبح يشع باللون الأحمر ووجدوا نفس الشيئ مع الحديد الذي يتغير لونه بتغير حجمه النانوي.

يظهر في الصورة مسحوق الألمنيوم النانوي

التساؤل الثاني والأهم لماذا تتغير خواص تلك المواد ؟

الحقيقة لو دخلت الآن بالأسباب لتعقد الموضوع لذلك أفضل تعريفه الآن بشكل بسيط ومبدئي على ان أدخل مستقبلا بتعريفات وتوضيحات أكبر للأسباب لذلك سوف أقول إن أي خاصية من خواص المادة تعتمد على المساحة التى تتحرك من خلالها الإلكترونات داخل هذه المادة .فعندما تتغير هذه المساحة يؤثر ذلك على خواص المادة.فعند تحويل المادة إلى مقياس النانو تتغير خصائصها تماما نتيجة تغير المساحة التى تتحرك من خلالها الالكترونات.وبالتالي فأن الخواص (الفيزيائية-الكيميائية-الميكانيكية-الحرارية)كلها ستتغير.

في الفيديو القادم سوف تتوضح الفكرة بشكل أكبر.

لاحظ معي أن المساحة الفعلية الظاهرة أزدادت بشكل اكبر بعد تقطيع المكعب إلى اقسام أصغر وبل إزدادت مساحته من دون أن تتغير الكمية الحقيقة للجسم فعوضا عن ستة أسطح للمكعب تكون عدد أكبر بكثير من الأسطح بعد التصغير !!!… مثال من نوع بسيط لنفرض ان لديك رغيف خبز ذو طبقتان. يمكن أكل الخبز مع وجبة فول بأستخدام طبقتا الخبز وبالتالي النتيجة انك سوف تأكل خبز أكثر وفول أقل بينما لو فتحت الرغيف وقسمته إلى نصفان سوف تأكل نفس نسبة الخبز التى أكلتها في المرة الأولى لكن أكيد ليس نفس كمية الفول التى أكلتها المرة الآولى وبالتالي التغيير حدث والأستفادة كبيرة وهو نفس المفهوم الذي تحدثنا عليه عن طحن المواد إلى حبيبات نانوية والفرق الوحيد ان التغييرات هناك في الخواص.

كل هذا ومازلنا لم ندخل في النانو تكنلوجي, فكل ماسبق هو أمور كانت تستخدم في السابق وربما قبل طرح مفهوم النانو تكنلوجي لأول مرة ومن تلك الامثلة المعروفة والتى لازالت تدرس حتى الآن هو السيف الدمشقي والذي أكتشف العلماء ان تلك السيوف كانت أنصالها مزودة أو مطلية بي أنابيب الكربون النانوية والتى لها قصة كبيرة جدا جدا جدا فهي كانت أكبر وافضل أكتشافات النانو تكنلوجي والتى سوف أعود لأسلط الضوء عليها في المستقبل.

هل تذكر الأفلام والمسلسلات التى تصور كيف كان الحداد يطرق على الحديد في صناعة السيوف, نعم المبدأ نفسه فكلما زاد الطرق زادت صلابة الحديد وذلك يعود إلى نفس الفكرة التى تحدثنا عنها مسبقا وهي فكرة زيادة المساحة الفعلية الظاهرة للمواد من خلال الطرق على الحديد وهو حامي.

سوف أكتفي عند هذا الحد وأعود لكي أتحدث عن النانو تكنلوجي نفسها, ماهي ولماذا هي تكنلوجي بحد ذاتها وكيف تعطيك تفسيرا علميا لطريقة تحويل الحديد أو الخشب إلى ذهب, وحتى حينها لاتنسونا من دعواتكم ودمتم بود.