بحث شامل حول تكنولوجيا النانو واستخداماتها، يتم تعريف تكنولوجيا النانو على أنها دراسة واستخدام الهياكل التي تتراوح بين 1 نانومتر و100 نانومتر في الحجم. لتعطيك فكرة عن صغر حجمها، ستحتاج إلى 800 جسيم نانومتر جنبا إلى جنب لتكون متساوية مع عرض شعرة الإنسان.
مقدمة بحث شامل حول تقنية النانو واستخداماتها
لقد درس العلماء وعملوا مع الجسيمات النانوية لقرون، ولكن كفاءة عملهم تعثرت بسبب عجزهم عن رؤية هيكل الجسيمات النانوية، وفي العقود الأخيرة، سمح تطور المجاهر القادرة على عرض جزيئات صغيرة مثل الذرات للعلماء برؤية ما يعملون عليه.
شاهد أيضًا: ما هي تقنية asp.net
هياكل تكنولوجيا النانو
والآن بعد أن لديك فكرة عن كيفية عمل تقنية النانو على نطاق صغير، فكر في التحدي الذي يواجههم وتخيل صعوبة إدخال خيط من خلال إبرة. تساعد هذه الصورة في تصور المشكلة التي يواجهها العلماء في استخدام الجسيمات النانوية التي قد تكون أصغر حجما بمليون مرة من حجم الخيط.
فقط من خلال استخدام التقنيات القوية يمكن للأشخاص أن يأملوا في “رؤية” هذه الجزيئات النانوية ومعالجتها.
تطبيقات تقنية النانو
- فتحت إمكانية رؤية المواد النانوية الحجم عالما من الفرص في مجموعة متنوعة من الصناعات والبحوث العلمية، حيث تعتبر التكنولوجيا النانوية مجموعة من التقنيات التي تسمح بمعالجة الخصائص على نطاق صغير جدا.
- معظم الآثار الجانبية الضارة للعلاجات مثل الكيمياء تنشأ بسبب طرق توصيل الدواء التي لا تستهدف الخلايا بدقة، ولذلك، نجح الباحثون في جامعة هارفارد ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في ربط فروع الحمض النووي الريبي الخاصة بقطر حوالي 10 نانومتر مع جسيمات نانوية وملء تلك الجسيمات بعقار العلاج الكيميائي.
- تتم جذب هذه الخيوط النانوية للحمض النووي الريبي للخلايا السرطانية، وعندما تصادف جسيمات نانوية خلية سرطانية، تتم الالتصاق بها وإطلاق الدواء داخل الخلية السرطانية.
- هذه الطريقة الموجهة لتوصيل الأدوية لها إمكانيات كبيرة في علاج مرضى السرطان مع تقليل التأثيرات الجانبية بشكل أقل من العلاج الكيميائي التقليدي.
استخدام تقنية النانو في القماش
تتم تعديل خصائص المواد المألوفة من قبل الشركات المصنعة، حيث يتم إضافة مكونات بحجم النانو إلى المواد التقليدية لتحسين الأداء. على سبيل المثال، يتم تطوير الألياف الكهرضغطية التي قد تسمح للملابس بتوليد الكهرباء من خلال الحركات الطبيعية.
يمكن صنع الأنسجة المركبة باستخدام جزيئات أو ألياف نانوية لتحسين خصائص النسيج دون زيادة كبيرة في الوزن أو السماكة أو الصلابة، على عكس التقنيات المستخدمة سابقا.
تقنية النانو وتفاعلية المواد
- تتغير خصائص العديد من المواد التقليدية عند تكوينها على شكل جزيئات نانوية الحجم (جسيمات نانوية). يحدث ذلك بسبب أن الجسيمات النانوية لديها مساحة سطح أكبر بالنسبة لوزنها مقارنة بالجزيئات الكبيرة، مما يجعلها أكثر تفاعلا مع بعض الجزيئات الأخرى.
- مثلا، أظهرت الدراسات أن جزيئات الحديد النانوية يمكن أن تكون فعالة في تنقية المواد الكيميائية في مياه الآبار، حيث تتفاعل بشكل أكثر فاعلية مع تلك المواد الكيميائية من جزيئات الحديد الكبيرة.
- بالإضافة إلى ذلك، الجزيئات النانوية من الكربون (مثل الأنابيب النانوية والكرات المحببة) قوية للغاية، حيث تتكون الأنابيب النانوية والكرات من الكربون فقط وتستمد قوتها من الروابط الخاصة بين ذرات الكربون.
- توضح إحدى التطبيقات المقترحة قوة الجزيئات النانوية للكربون في تصنيع سترات واقية من الرصاص، حيث يتم تصنيعها من أنابيب الكربون على نطاق صغير جدا.
- تكنولوجيا المايكرو/نانو الكهروميكانيكية تمكننا من إنشاء التروس والمرايا وعناصر الاستشعار، وكذلك الدوائر الإلكترونية على سطح السيليكون. وتستخدم هذه التقنية في تصنيع أجهزة استشعار مصغرة مثل تلك المستخدمة لتنشيط الأكياس الهوائية في سيارتك، وتعرف هذه التقنية بالممس (النظم الكهروميكانيكية الدقيقة).
- ينتج عن تقنية MEMS تكامل وثيق للآلية الميكانيكية مع الدائرة الإلكترونية اللازمة على رقاقة سيليكون واحدة، على غرار الطريقة المستخدمة لإنتاج رقائق الكمبيوتر.
شاهد أيضًا: رايات نظام كلية التقنية (خدمة المتدربين)
استخدامات تقنية النانو
الدواء
- يعمل الباحثون على تطوير جزيئات نانوية مخصصة بحجم يمكنها نقل الأدوية مباشرة إلى الخلايا المرضية في جسمك.
- عندما تكون مثالية، يجب أن تقلل هذه الطريقة إلى حد كبير من علاج الضرر، مثل العلاج الكيميائي للخلايا السليمة للمريض.
الإلكترونيات
- تحمل تقنية النانو إجابات بعض الأسئلة حول زيادة قدرات الأجهزة الإلكترونية وتقليل وزنها واستهلاكها للطاقة.
الطعام
- تؤثر التكنولوجيا النانوية على العديد من جوانب علوم الأغذية، بدءا من طرق زراعة الغذاء إلى طرق تعبئته، حيث تعمل الشركات على تطوير مواد صغيرة جدا قادرة على إحداث تغييرات ليس فقط في طعم الطعام، ولكن أيضا في سلامته وفوائده الصحية.
خلايا الوقود
- تستخدم تقنية النانو لتقليل تكلفة المواد المحفزة في خلايا الوقود لإنتاج أيونات الهيدروجين من الوقود مثل الميثانول وتحسين كفاءة الأغشية المستخدمة في خلايا الوقود لفصل أيونات الهيدروجين عن الغازات الأخرى مثل الأكسجين.
- يمكن لتقنية النانو أن تعالج نقص الوقود الأحفوري مثل الديزل والبنزين من خلال جعل إنتاج الوقود اقتصاديا من مواد خام ذات درجة منخفضة، وزيادة عدد الكيلومترات التي يمكن قطعها باستخدام المحركات، وجعل إنتاج الوقود من المواد الخام العادية أكثر كفاءة.
الخلايا الشمسية
- تم تطوير خلايا شمسية بتقنية النانو من قبل الشركات، ويمكن تصنيعها بتكلفة أقل بكثير من الخلايا الشمسية التقليدية.
البطاريات
- تقوم الشركات حاليا بتطوير البطاريات باستخدام مواد ذرية صغيرة جدا، وسيكون لإحدى هذه البطاريات قيمة جيدة مثل البطاريات الجديدة بعد أن تبقى على الرف لعقود، ويمكن إعادة شحن بطارية أخرى بسرعة أكبر بكثير من البطاريات التقليدية.
أفضل جودة للهواء
- يمكن لتقنية النانو أن تحسن أداء المواد المحفزة المستخدمة لتحويل البخار الناتج عن السيارات أو المنشآت الصناعية إلى غازات غير ضارة.
- ذلك لأن المحفزات المصنوعة من الجسيمات النانوية لها سطحا أكبر للتفاعل مع المواد الكيميائية المتفاعلة من المحفزات المصنوعة من جزيئات أكبر.
- تسمح المساحة السطحية الأكبر بتفاعل المزيد من المواد الكيميائية مع المحفز في وقت واحد، مما يزيد من كفاءة المحفز.
جودة مياه أفضل
- تستخدم تقنية النانو لتطوير حلول لثلاثة مشاكل مختلفة في جودة المياه، وتشمل إزالة النفايات الصناعية، مثل مذيب التنظيف المعروف بالاسم TCE، من المياه الجوفية.
- يمكن استخدام الجسيمات النانوية لتحويل المادة الكيميائية الملوثة من خلال تفاعل كيميائي يجعلها غير ضارة ولقد أظهرت الدراسات أن هذه الطريقة يمكن استخدامها بنجاح للوصول إلى الملوثات المشتتة في الأحواض الأرضية وبتكلفة أقل بكثير من الطرق التي تتطلب ضخ المياه من الأرض للمعالجة.
مجسات كيميائية
- يمكن لتقنية النانو أن تمكن أجهزة الاستشعار من اكتشاف كميات صغيرة جدا من الأبخرة الكيميائية. يمكن استخدام أنواع مختلفة من عناصر الكشف، مثل الأنابيب النانوية الكربونية أو أسلاك أكسيد الزنك أو الجسيمات النانوية للبلاديوم في أجهزة الاستشعار التي تعتمد على تقنية النانو.
- نظرا لصغر حجم الأنابيب النانوية أو الأسلاك النانوية أو الجسيمات النانوية، فإن بعض جزيئات الغاز كافية لتغيير الخواص الكهربائية لعناصر الاستشعار، وهذا يمكن من الكشف عن تركيز منخفض جدا للأبخرة الكيميائية.
البضائع الرياضية
- إذا كنت من محبي لعبة التنس أو الجولف، ستكون سعيدا لسماع أن السلع الرياضية حتى تجاوزت عالم التكنولوجيا النانو وتشمل تطبيقات تكنولوجيا النانو الحالية في مجال الرياضة لزيادة قوة مضارب التنس.
أهمية تقنية النانو إلكترونياً وطبياً
- لقد كانت التكنولوجيا النانوية ذات أهمية كبيرة في تحقيق طفرة في المجال الإلكتروني والتكنولوجيا بشكل عام، حيث أدت إلى اكتشاف شرائح صغيرة التي أسهمت في تطور كبير للهواتف النقالة والحواسيب. وليس هذا فقط، بل ساهمت أيضا في تطوير التلفزيونات التي كانت تعرض الألوان الأبيض والأسود فقط، وأصبح هناك تلفاز يعرض ألوانا متعددة عند المشاهدة.
- كما لها تأثير طبي كبير، تقنية النانو جعلتنا نتقدم في مجال الطب بسرعة، فالجلطات لم تعد صعبة التشخيص أو إنقاذ المريض عند الإصابة بها، حيث تم تطوير روبوتات نانوية يقوم الأطباء بحقنها في المريض لمكافحة الجلطات الصعبة وتفتيتها على الفور.
شاهد أيضًا: رايات نظام كلية التقنية (خدمة المتدربين)
اختتام بحث شامل حول تقنية النانو واستخداماتها
أخيرا، في ختام رحلتنا مع البحث الشامل عن تقنية النانو واستخداماتها، إذا كانت التكنولوجيا النانوية تساعدنا في زيادة أعمارنا أو إنتاج سلع مصنعة من مواد خام غير مكلفة، فإن هناك أيضا ضرورة أخلاقية لجعل هذه التقنية متاحة للجميع.
