تقنية النانو

تقنية النانو

في محاضرة للجمعية الفيزيائية الأمريكية في عام 1959 ، اقترح الفيزيائي ريتشارد فاينمان أن تتمكن البشرية في يوم من الأيام من تصنيع آلات تتكون من عدة جزيئات أو ذرات يتم معالجتها بشكل فردي ، ويمكن بناء هذه الآلات بواسطة أدوات كانت فقط أكبر قليلا. لماذا يكون هذا الاحتمال أكثر من مجرد فضول ، أكثر من مجرد تناظري في العصر الحديث للرسوم المجهرية في العصور الوسطى ، على سبيل المثال؟ عرف هو وجمهوره أن الإلكترونات تتصرف بشكل مختلف على هذا النطاق الصغير - أقل من مائة مليار من المتر (نانومتر) - من سلوكها على نطاق معظم الآلات الحالية. على سبيل المثال ، عندما يتم إنشاء المواد على نطاق أصغر ، نظرًا لوجود عدد أقل من المسارات التي يمكن للإلكترونات أن تأخذها من خلال تركيبها الجزيئي ، فهي أكثر قدرة على توصيل الحرارة والكهرباء. ومع إدراك الإمكانيات غير العادية الكامنة في تسخير هذه الخصائص وغيرها ، بدأ المهندسون والفيزيائيون والكيميائيون وعلماء الأحياء على مدار العقود التالية في استكشاف كيف يمكن للتكنولوجيات النانوية - التي تستخدم خواص الذرات أو الجزيئات الفردية - أن تحسن تكنولوجيا المعلومات والتصميم الصناعي و الطب الحيوي.

ومن بين الإنجازات العظيمة التي حققها علم النانو حتى الآن تطوير الجرافين ، وهي ورقة من صنع الإنسان من ذرات الكربون المتشابكة المزخرفة بأشكال من العسل والتي يبلغ سمكها ذرة كربون واحدة تمامًا. نظرًا لضعفها من ناحية وتوحيد ترتيب قرص العسل من ناحية أخرى ، فإن الجرافين خفيف للغاية وقوي للغاية. في الواقع ، بشكل مثير للدهشة ، يكون الجرافين أقوى 200 مرة من الفولاذ. على حد تعبير أستاذ الهندسة الميكانيكية بجامعة كولومبيا ، جيمس هون ، "سوف يتطلب الأمر فيلًا ، متوازنًا على قلم رصاص ، لاختراق ورقة من الجرافين بسمك تغليف سران". نتيجة لذلك ، يعزز الجرافين بشكل كبير من السلامة الهيكلية وعمر المواد التي يتم خلطها بها أو يوضع على طبقاتها ، مثل الزجاج أو البلاستيك. ينشغل المهندسون اليوم بإيجاد طرق مبتكرة لخلط الجرافين في بناء أشياء أكبر بكثير ، بما في ذلك توربينات الرياح والطائرات.

يحتوي الجرافين على عدد من الخصائص المثيرة الأخرى. إن توحيدها وكمالها الهيكلي يجعلها موصلة للكهرباء بشكل كبير ، مما يوفر إمكانية إنشاء ترانزستورات قائمة على الجرافين أسرع بعشر مرات من الترانزستورات القائمة على السيليكون في معالجات الكمبيوتر الحالية. وبالمثل ، فإن الأنابيب النانوية الكربونية ، والتي يمكن اعتبارها ورقة غرافين ملفوفة في قش ، عبارة عن سلك مجهري شديد التوصيل يمكن دمجه مع أنابيب نانوية أخرى لتشكيل دوائر كهربائية صغيرة وقوية. لقد عمل العلماء والمهندسون على إيجاد طرق لتكييف هذه الخصائص من الجرافين والأنابيب النانوية من أجل بناء معالجات حاسوبية قوية وفعالة بشكل كبير ، وشبكات طاقة ، وأجهزة إلكترونية محمولة.

كما يتزايد عدد الابتكارات العلمية النانوية خارج أبحاث الجرافين. على سبيل المثال ، قام كل من قام فرانشيسكو ستيلاتشي وداريل ايرفين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتطوير تقنية لاستخدام الجزيئات النانوية لتوصيل المستحضرات الصيدلانية مباشرة إلى الخلايا المريضة ، وطور مختبر جيف تزا هوي وانغ في جامعة جونز هوبكنز طريقة لاستخدام الجسيمات النانوية في النقاط الكمومية لفحص أكثر دقه للأمراض الخطيرة. وخارج الطب ، يمكن تطبيق الطلاء بسمك نانومتر على الأسطح لمساعدتهم على عكس أو امتصاص الضوء بشكل أفضل ، مما يؤدي في النهاية إلى تحسين النوافذ والمرايا والألواح الشمسية. لقد سمحت تقنية النانو للعلماء بتحسين المجاهر التي تسمح لهم برؤية أكثر وضوحًا. . . الجسيمات النانوية.

ومع ذلك ، كما هو الحال في كثير من الأحيان مع تطوير مناهج جديدة قوية للمواد والعمليات التقليدية ، فإن العديد من المفكرين البارزين لديهم مخاوف شديدة بشأن الآثار المترتبة على تقنية النانو. نظرًا لأن اي جسم يستند إلى تقنية النانو يمكن أن يكون صغيراً للغاية ، فكيف يمكننا معرفة أين هو ، أو إلى أين يذهب؟ يمكن أن تتراكم الجسيمات النانوية دون علمنا في إمدادات المياه والمحاصيل والرئتين لدينا؟ ماذا ستكون عواقب هذا؟ نتيجة لهذه المخاوف ، تسعى الحكومات على نحو نشط إلى إيجاد السبل اللازمة للسيطرة على تصنيع واستخدام تكنولوجيا النانو. ومع ذلك ، فإن إمكاناتها الكبيرة للابتكار تعني أن الدوائر الانتخابية التي لا تقل قوة تمارس الضغوط من أجل الانتشار الأوسع نطاقاً لتقنية النانو. من الواضح أننا في مارس/آذار 2010 لا نزال في بداية المناقشة المشحونة والمؤثرة. نأمل أن تطلق هذه الأضواء اهتماما مدى الحياة في مجال البحث الذي قد يمثل أحد الانتصارات العظيمة في علوم القرن الحادي والعشرين.