المواد النانوية وتكنلوجيا النانو<br /><br />كتب الطالب محمد رفعت بالمرحلة الاولى مقالة بعنوان المواد النانوية تحت اشراف م. م هاجر حداد <br /><br />المقدمة:<br />تُعرف النانوتكنولوجيا (Nanotechnology) بأنَّها فرع من فروع العلوم والهندسة، وهي تتحكّم في الجُزَيئات والذرّات الفردية على مقياس صغير جدّاً، وهو المقياس النانومتري (Nanoscale)؛ لإنتاج موادّ وأجهزة وأنظمة جديدة ذات خصائص فريدة، وجاء أوّل طرح منهجيّ للنانوتكنولوجيا من قِبَل الفيزيائي ريتشارد فينمان في خطابٍ ألقاه عام 1959م في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، تحدَّث فيه عن أهمية التحكُّم في الأشياء على مقياس صغير<br />وتعتمد النانو تكنولوجيا على أجهزة صغيرة جدّاً تُقاس أبعادها بالنانومتر (Nanometer)؛ وهو وحدة قياس الأطوال الصغيرة جدّاً، ويُساوي النانومتر الواحد واحداً من مليار من المتر (1/1000000000 من المتر)، ويُعادل هذا حجم جُزَيء واحد صغير، ولتقريب الصورة أكثر، يمكن تخيُّل أنّ سُمك شعرة واحدة عند الإنسان قد يتراوح بين 80,000 إلى 100,000 نانومتر.<br />وتتميّز الموادّ النانوية باختلاف خصائصها، مثل: اللون، والانصهار، والكثافة، والتوصيل الكهربائي، عند مقاسات نانوية مُعيَّنة؛ فعلى سبيل المثال، تظهر جُزَيئات الذهب النانوية بلون أخضر عند مقاس 50 نانومتراً، وبلون برتقالي عند مقاس 100 نانومتر.<br />تتجه تقنية النانو لأن تصبح مستقبل كثير من المجالات؛ أهمها الطب لتشخيص وعلاج أمراض مثل السرطان، وتطوير الإلكترونيات بمختلف أنواعها، إضافة لعلوم الطاقة والبيئة والصناعة والزراعة<br />والنانو هي التقنية التي تصبح فيها المادة جزءًا من مليار جزء من المتر، وعند هذا الحجم الدقيق تتغير كل خصائصها التقليدية، وبالتالي يمكن باستخدامها استحداث أجيال جديدة من مواد ذات صفات خارقة لم تكن موجودة في المواد التقليدية. وتشمل تقنية النانو تصميم وإنتاج واستخدام الهياكل والأجهزة عند التعامل مع الذرات والجزيئات على مقياس النانومتر، وهي تهدف عادة إلى الحصول على خصائص متفوقة للمواد والأجهزة.وتتضمن دراسة تقنية النانو مجموعة واسعة من التخصصات، بما في ذلك الفيزياء والكيمياء وعلوم المواد والهندسة، ويمكن تطوير مواد جديدة ذات خصائص فريدة من خلالها؛ ما يتيح إنشاء أجهزة جديدة تعمل على مقياس النانو، مثل أجهزة الاستشعار والدوائر الإلكترونية.<br />مجالات استخدام تكنولوجيا النانوي:<br />يتداخل استخدام التقنية النانوية في مجموعة متنوعة من المجالات، وتشمل:<br />الطب والرعاية الصحية: تمكن تكنولوجيا النانو من توصيل الأدوية إلى الأماكن المستهدفة في الجسم؛ ما يحسّن من فعالية العلاج ويقلل من الآثار الجانبية. كذلك تُستخدم في تقنيات التصوير الحساسة لتشخيص الأمراض.<br />الإلكترونيات: تسهّل المواد النانوية تطوير أجهزة إلكترونية أصغر حجمًا وأكثر قوة؛ ما يحسن من أدائها وكفاءتها.<br />الطاقة: تُسهم التقنية النانوية في تطوير بطاريات عالية السعة وأطول عمرًا، وتحسين كفاءة الخلايا الشمسية.<br />علم المواد: تكون المركبات والمواد النانوية قوية ومتينة، ويمكن استخدامها لإنشاء أسطح ذاتية التنظيف.<br />التطبيقات البيئية: تُستخدم تكنولوجيا النانو في تنقية المياه ومعالجة التلوث البيئي.<br />التصنيع: تُسهم تكنولوجيا النانو في تحسين جودة المنتجات وتطوير مواد جديدة ذات خصائص محسنة.<br />الزراعة الدقيقة: يمكن استخدامها لتوصيل العناصر الغذائية والمبيدات الحشرية بشكل مستهدف؛ لتحسين إنتاجية المحاصيل.<br />استكشاف الفضاء: تساعد هذه التقنية في استكشاف الفضاء للحصول على مواد خفيفة الوزن وقوية.<br />تحديات وفرص <br />تواجه تقنيات تكنولوجيا النانو عددًا من التحديات؛ منها أن تحويل البحوث في مجال تقنية النانو إلى منتجات تجارية يتطلب استثمارات ضخمة وخبرة تنظيمية، ولكن تتيح هذه التحديات فرصًا جديدة لرواد الأعمال لاستغلال الخدمات المتخصصة أو الاستشارات أو التعاون مع المؤسسات البحثية.<br />ومع استمرار تقدم هذه التقنية من المهم أن يبقى رواد الأعمال على اطلاع دائم لمعرفة الكثير عن المجالات الرائدة التي توفرها تكنولوجيا النانو.<br />الابتكارات الحديثة في النانو<br /> تطبيقات النانو في الطب والصحة<br />العلاج بالنانو روبوت: تطوير روبوتات نانوية تدخل مجرى الدم للقضاء على الخلايا السرطانية دون التأثير على الخلايا السليمة.<br />الأدوية الذكية: استخدام جسيمات نانوية لاستهداف الخلايا المصابة مباشرةً، مما يقلل الآثار الجانبية للعلاجات.<br />أطراف صناعية ذكية: تطوير مواد نانوية تحاكي الأنسجة البشرية لزيادة كفاءة الأطراف الاصطناعية.<br />🔗 أحدث الابتكارات الطبية باستخدام النانو<br />هذه التكنولوجيا في الطاقة<br />خلايا شمسية نانوية: استخدام جسيمات نانوية في الألواح الشمسية لزيادة كفاءة تحويل الطاقة.<br />بطاريات ذات سعة أكبر: تطوير بطاريات نانوية أسرع شحنًا وأكثر عمرًا.<br />تقليل استهلاك الوقود: تحسين زيوت التشحيم والمحفزات الكيميائية لزيادة كفاءة محركات السيارات والطائرات.<br />🔗 كيف تؤثر النانو تكنولوجي على الطاقة؟<br />1. هذه التكنولوجيا في البيئة<br />تنقية المياه: تطوير مرشحات نانوية لإزالة الملوثات والبكتيريا من المياه بكفاءة عالية.<br />معالجة التلوث الهوائي: استخدام جسيمات نانوية لامتصاص الغازات السامة مثل ثاني أكسيد الكربون.<br />مواد بناء ذكية: تصنيع مواد بناء ذات مقاومة عالية وخفة وزن، مما يقلل استهلاك الطاقة.<br />🔗 مشاريع بيئية باستخدام النانو<br />2. تطبيقات النانو في الصناعات المختلفة<br />الإلكترونيات النانوية: تطوير رقائق حاسوبية أصغر وأسرع بفضل تقنيات النانو.<br />أقمشة مقاومة للماء والبكتيريا: دمج جزيئات نانوية في المنسوجات لمنحها خصائص فريدة.<br />الزراعة الذكية: استخدام جسيمات نانوية لتحسين امتصاص النباتات للعناصر الغذائية وزيادة الإنتاجية.<br />🔗 دور تكنولوجيا النانو في الصناعة<br />3. التحديات التي تواجه هذه التكنولوجيا<br /> التكلفة العالية<br />تتطلب الأبحاث في مجال النانو استثمارات ضخمة، مما يجعلها مكلفة للشركات الصغيرة والمتوسطة.<br /> المخاطر الصحية والبيئية<br />هناك قلق من تأثير الجسيمات النانوية على صحة الإنسان، حيث يمكنها التفاعل مع الخلايا الحيوية بطرق غير معروفة.<br />بعض المواد النانوية قد تسبب تلوثًا بيئيًا إذا لم يتم التخلص منها بشكل صحيح.<br />التخصصات المستقبلية لعلوم النانو <br />من المتوقع أن يوفر هذا المجال الكثير من فرص العمل في مختلف القطاعات، وتشمل بعض الوظائف المستقبلية المحتملة في مجال تكنولوجيا النانو ما يلي:<br />• الباحثون في علم النانو: لإجراء البحوث على المستوى النانوي وتطوير مواد وتطبيقات جديدة.<br />• مهندسو الطب النانوي: لتصميم وتطوير الأجهزة والتقنيات النانوية للتطبيقات الطبية.<br />• مهندسو الإلكترونيات النانوية: لتصميم وتصنيع المكونات الإلكترونية النانوية.<br />• مهندسو المواد النانوية: لإنشاء مواد جديدة ذات خصائص فريدة على المستوى النانوي.<br />• متخصصو التصنيع النانوي: للإشراف على عمليات تصنيع الأجهزة والمكونات النانوية.<br />• خبراء سلامة تكنولوجيا النانو: لضمان التعامل الآمن مع المواد النانوية.<br />• متخصصو الطاقة والبيئة: لتطوير تطبيقات تقنية النانو للطاقة المتجددة وحلول البيئة.<br />هل تفيد تقنية النانو رواد الأعمال؟<br />تُتيح تقنية النانو فرصًا جديدة لرواد الأعمال لإنشاء منتجات وخدمات جديدة في مجالات مختلفة، مثل: الطب والطاقة والبيئة. <br />وهي تعمل كذلك على تحسين كفاءة وفعالية أعمالهم من خلال تطوير تقنيات جديدة لتصنيع المنتجات، وتخزين الطاقة، ومعالجة البيانات<br />المصادر:<br />Nanowerk – Introduction to Nanotechnology<br />NCBI – Medical Applications of Nanotechnology<br />Energy.gov – Nanotechnology in Energy<br />WHO – Nanotechnology Risks