تقنيات النانو للمهندس مجد الصاري 5-3-2012

أھم الأحداث الفلكیة   • السلك المعطوب والتسرع في الحكم ولدا ضجةً إعلامیة خاطئة عن
تجاوز سرعة الضوء ؟
• أقر علماء الفیزیاء في مركز سیرن الأوروبي للتسریع الجزیئي بارتكاب
٢٠١١ ) وقالوا: أخطاء في تجربتھم التي أجروھا قبل عدة أشھر ( ١٠
إنھم أثبتوا من خلالھا أن بعض جزیئات المادة (النترینو) تسیر بسرعة
أعلى من سرعة الضوء، على عكس مبادئ النظریة النسبیة الخاصة.
• وأوضح العلماء في جنیف أن سلكاً معطوباً من الألیاف الضوئیة
وجھازاً لتحدید المواقع یمكن أن یكونا السبب في وقوع أخطاء خاصة
بقیاس السرعة.
• وبذلك تكون النسبیة قد اجتازت اختبارا صعب اً. وتلقى العلماء اللذین
أجروا التجربة في سیرن صفعةً قویة، ودرساً لا ینسى.

تعاریف
كلمة نانو مشتقة من الكلمة الإغریقیة (نانوس) التي تعني القزم
أو الشيء الصغیر جدا . استخدمت للتعبیر عن وحدة قیاس ھي: جزء من ملیون جزء من الملم.
مقیاس النانو : یشمل الأبعاد التي یبلغ طولها حتى ال ١٠٠ نانو
متر.
علم النانو : ھو دراسة القوانین والمبادئ الأساسیة للجزیئات
والمركبات التي لا یتجاوز قیاسها ال ١٠٠ نانو متر .
تقنیة النانو : ھي الخطوات العملیة لتطبیق ھذه العلوم وطرقها
الهندسیة لإنتاج مواد ومخترعات جدیدة.

أبعاد
قطر الذرة Atom 0.1 nm
100 ملیون ملیون ذرة تغطي مساحة 1 ملم^ ٢
عرض جزيء DNA (width) 2 nm
البروتین Protein 5 – 50 nm
الفیروسات Virus 75 – 100 nm
البكتریا Bacteria 1,000 – 10,000 nm
خلایا الدم البیضاء White Blood Cell 10,000 nm

كیف بدأت الحكایة
– ریتشارد فاینمان ( 1918- 1988)

– ألقى عام 1959 محاضرة بعنوان :
(ھناك حیز كبیر للعمل في القاع)
في معهد كالیفورنیا للتكنولوجیا. شرح
فیها كیف یمكننا تركیب المادة من الأسفل
إلى الأعلى. أي بناء المادة من الذرات.
. – نال جائزة نوبل في الفیزیاء عام 1965
– كتب سیرته الذاتیة في كتاب صدر عام
1985 بعنوان :
(لا شك أنك تمزح یا سید فاینمان)
– أشهر كتبه :
(محاضرات فاینمان في الفیزیاء)
– یُعتبر من أھم علماء (الإلكترودینامیك
الكمومي) في العالم.
محاضرة تُؤسس لتقنیات النانو

 أدلة على آراء فاینمان
DNA – یأتي الدلیل الأول من علم الأحیاء فالحمض النووي
مكون أساسي لنوى الخلایا الحیة وھو یتكون من أجزاء على
مستوى النانو.
– إن كل أنواع المادة في الكون مؤلفة من ذرات وھي ضمن
مجال النانو.
– إذاً الكون برمته وأنا وأنت مبنیون على أساس تقنیات النانو.

 بعد عقد ونصف من الزمان
-عادت فكرة فاینمان للتطبیق العملي في منتصف سبعینیات القرن
العشرین. وبدأت ثورة صناعیة جدیدة ستغیر وجه الحضارة.
– بسرعة ھائلة حظیت ھذه التقنیة العریقة بالدعم الحكومي في
العالم المتحضر. وخصصت لها میزانیات ضخمة.
-وباتت الدول تتسابق للفوز بإنتاج مواد جدیدة تعتمد تقنیات النانو.
لأنها سوف تستطیع تأمین الازدھار الاقتصادي من خلالها.
– مثل: روسیا – الصین – الولایات المتحدة – أوربا – كوریا

منطق مختلف
الأمر الفرید في مقیاس النانو ھو أن معظم الخصائص الأساسیة
للمواد، كالناقلیة (الحراریة والكهربائیة) والصلابة ودرجة حرارة
الانصهار تعتمد على الحجم. بشكل لا مثیل له في أي مقیاس آخر
أكبر من النانو. ولكن عندما یصل حجم المواد إلى مستوى النانو
تتبدل الأمور وتتغیر المواصفات وتبدأ قوانین الإلكترودینامیك
الكمومي بالعمل.
فعلى سبیل المثال:
السلك أو الموصل النانوي الحجم لا یتبع بالضرورة قانون أوم
(العلاقة الریاضیة بین الجهد والتیار والمقاومة). وتبدأ الناقلیة
الفائقة بالعمل. وتصبح المواد العازلة ناقلة ممتازة للكهرباء.

تطبیقات تقنیة النانو في خدمة الإنسان والبیئة

النانو والبیئة • یبدو أن البیئة ھي الرابح الأكبر من ھذه التقنیة، حیث ستنخفض
بشكل كبیر النفایات الصناعیة. لأن الصناعة الآن تستخدم آلات
كبیرة، تستهلك بدورھا قطع تبدیل كثیرة وتطرح ملوثات للبیئة.
• إلا أن تقنیات النانو تمكننا من استخدام الموارد الطبیعیة بشكل
اقتصادي أكثر.
• وتحسین الكفاءة الخاصة باستخدام الطاقة من حیث الاستهلاك
والتولید، والاستغناء عن الوقود الإحفوري، وما یسببه من دمار
كبیر للبیئة.

النانو والهندسة
• تمكننا تقنیة النانو من تصنیع آلات ومحركات متناھیة في الصغر، یمكن
التحكم بدرجة حرارتها خلال العمل، أو أنها مضادة للحرارة أصلا . أي
أن أجزاءھا لا تتآكل مع مرور الزمن، وتكون قادرة على العمل دون
توقف ولسنوات طویلة وبدون أن تتلف.
• ستحتاج البشریة لهذا النوع من الآلات خلال رحلاتها الفضائیة عبر
الكون.
• صناعة روبوتات متناھیة في الصغر تقوم بتنفیذ عملیات معقدة لا
یستطیع الإنسان أداءھا.

النانو والطب

قنابل نانویة لتفجیر الخلایا السرطانیة
طور العلماء في مراكز السرطان قنابل مجهریة ذكیة تخترق الخلایا السرطانیة، وتفجرھا من الداخل.
وتم اختبارھا في قتل الخلایا السرطانیة في فئران المختبر .
وعمل العلماء على تحریر ذرات مواد مشعة ترتبط بنوع من الأجسام المضادة، ونجحت ھذه الذرات في
اختراق الخلایا السرطانیة وقتلها.

كل ذلك بفضل الإلكترونیات النانویة

معالج نانوي Nano Processor
– إنتاج شركة إنتل.
– یحتوي 400 ملیون ترانزستور.
. 10 G Hz – سرعتھ
– تصنع أیضاً بتقنیة النانو أقراصاً
صلبة لتخزین البیانات بسعة
تخزین تصل إلى مئات المرات من
الأقراص الحالیة وبحجم أصغر
بملیون مرة .

عالم نوح