مستقبل تقنية النانو

إذا كنت تعتقد أن الأفلام السينمائية التي تتحدث عن المركبات المصغرة التي تُحقن في الدم (كفيلم الرحلة الفضائية الممتعة) أو فيلم (كان يا ما كان الحياة) واللذان حازا على جوائز الأوسكار هي نوع من الخيال أو ضرب من المستحيل فيجب عليك أن تعيد التفكير . فيمكن من خلال تقنية جديدة و علم جديدة صنع سفينة فضائية في حجم الذرات يمكنها الإبحار في جسد الإنسان لإجراء عملية جراحية والخروج من دون جراحة ، كما تستطيع الدخول في صناعات الموجات الكهرومغناطيسية التي تتمكن بمجرد تلامسها بالجسم على إخفائه مثل الطائرة أو السيارة ومن ثم لا يراها الرادار ويعلن اختفاءها . كما تتمكن من صنع سيارة في حجم الحشرة وطائرة في حجم البعوضة وزجاج طارد للأتربة وغير موصل للحرارة وأيضا صناعة الأقمشة التي لا يخترقها الماء بالرغم من سهولة خروج العرق منها. و صناعة خلايا اقوي 200 مرة من خلايا الدم.

فما هو هذا العلم الذي يتوقع له أن يغزو العالم بتطبيقاته التي قاربت الخيال ؟

أنه فتح تقني جديد يطلق عليه التقنيات متناهية الصغر أو تقنية النانو (Nano Technology)، والتي تعكف على تطويرها حالياً العديد من الجامعات ومراكز الأبحاث و الشركات في كل بلاد العالم المتقدم.

وإن علم النانو سوف يقوم بتوحيد وضم جميع أنواع العلوم باحتمالات لا حدّ لها ولا يمكن التنبؤ بنتائجها . وأن بعض العلماء اعتبر تقنية النانو هي ثورة القرن الحادي والعشرين والآخرون أطلقوا أسم عصر النانو على هذا العصر.

وتتمثل أهمية هذه التقنية أن خصائص المواد قد تتغير بصورة مدهشة عندما تتجزأ إلى قطع أصغر فأصغر وخصوصاً عندما نصل إلى مقاييس (النانو) أو أقل، عندها قد تبدأ الحبيبات الثانوية إظهار خصائص غير متوقعة ولم تُعرف من قبل، أي غير موجودة في خصائص المادة الأم (سبحان الخالق العظيم). وستؤدي كذلك تقنيات النانو لتصغير الأجهزة وتقليل سعرها وتوفير طاقة التشغيل.

و تعتبر خطورة هذة التقنية أنها حقل واسع من العلم التطبيقي يرتكز على التفكيك والتركيب الفيزيائي للمواد ومن ثم تجميعها وخلق مواد جديدة لم نرها من قبل وكذلك خلق أجهزة وآلات بحجوم دقيقة بالمقياس النانوي. مثال ذلك تفكيك الفحم ثم تجميعه كماس و بالإمكان بها تصنيع الروبوتات الدقيقة بحجوم الميكروبات غير مرئية التي تملك عقولا الكترونية يمكن برمجتها للقيام بمهام خاصة. 

و كذلك هو أن معظم الخصائص الأساسية للمواد و الآلات كالتوصيل والصلابة واللون ودرجة الانصهار سوف تعتمد على الحجم بشكل لا مثيل له في أي مقياس آخر أكبر من النانو ، وبمعنى آخر أن جميع القوانين الفيزيائية والكيميائية العادية لا يبقى لها وجود عند هذا المستوى من التقنية ، فعلى سبيل المثال السلك أو الموصل النانوي الحجم لا يتبع بالضرورة قانون أوم الذي تربط معادلته التيار والجهد والمقاومة !,فهو يعتمد على مبدأ تدفق الالكترونات في السلك كما تتدفق المياه في النهر ؛ فالالكترونات لا تستطيع المرور عبر سلك يبلغ عرضه ذرة واحدة بأن تمر عبره إلكترونا بعد الآخر. وأيضا قوانين الموائع فشلت في التطبيق في حالة الأنابيب النانوية . 

  

و بالفعل بدأت بعض الخواص الأساسية تتغير بسبب هذه التقنية و مثال ذلك أن مادة السليكون معتمة جدا جدا ولكن عندما تم تشتيتها إلى حبيبات بقطر واحد نانو، فنصبح نراها تتألق بلون أزرق شديد جدا تحت تأثير الضوء البنفسجي، أما إذا شتتناها إلى قطر 1.7نانو تتألق باللون الأخضر، والى قطر 2.1 نانو تتألق باللون الأصفر، وتتألق باللون الأحمر عندما يكون قطرها 2.9 نانو. وأيضا أنابيب الكربون النانوية التي يبلغ قطرها 0.00001 من قطر شعر الإنسان، قوية بشكل لا يصدق حيث أثبت العلماء أنها أقوى 100 مرة من الفولاذ وأخف ست مرات منه.

وفى مجال التسلح و الدفاع أعلنت روسيا إنها اختبرت بنجاح قنبلة غير نووية محمولة جوا وصفتها بأنها الأقوى في العالم حتى الآن.وأن نتائج تجربة تلك القنبلة كشفت أن قوتها وفعاليتها تعادل قنبلة نووية ولكنها غير ملوثة للبيئة وان التصميم الهندسي لهذه القنبلة لا يتعارض مع أي اتفاق من الاتفاقات الدولية. وأوضحت وزارة الدفاع الروسية إن المتفجرات التي تحملها القنبلة الروسية تمت باستخدام تقنية النانو. 

من هذه المقدمة نجد أنه يجب تعريف القاري العربي بهذه التقنية الوليدة والواعدة والتي سوف توثر في حياته بشكل أساسي في السنين القادمة. 

ما هو النانو؟

كلمة النانو مشتقة من كلمة نانوس الإغريقية و تعنى القزم و كمصطلح يعنى الجزء الواحد من المليار ، فالنانو هو واحد مقسوم على الإلف مليون من المتر ( 1 نانومتر= 10-9 متر) ، ولكي نتخيل مدى صغر و دقة النانومتر نذكر ما يلي: 

1. النسبة بين 1 نانومتر إلى قطر كرة التنس تعادل تقريبا النسبة بين قطر كرة التنس إلى قطر الكرة الأرضية. 
2. سمك ذرة الهيدروجين يساوى 1و. نانومتر و يعنى ذلك انه عندما يصطف عشر ذرات من الهيدروجين فان طولها يبلغ واحد نانومتر. 
3. سمك جزئ الحامض النووي الذي يحمل المعلومات الجينية للكائن الحي (DNA) يساوى 2 نانومتر. 
4. طول فيروس ما يتراوح بين 10 نانومتر الى 100 نانومتر. 
5. قطر خلية الدم الحمراء يبلغ حوالي 5000 نانومتر. 
6. سمك شعرة الإنسان يتراوح بين 50000 نانومتر إلى 100000 نانومتر. 
7. صفحة من الورق يبلغ سمكها 100.000 نانومتر. 

و من الإحصائيات التي ذكرتها المجلة العالمية النانو اليوم (Nano-Today, 2005) لكي تبسط مفهوم النانو و أهميته الاقتصادية ذكرت انه إذا تم تجزئة 2 جرام من مادة الألمنيوم إلى حبيبات في حجم 100 نانومتر فان كل إنسان على وجه الأرض يمكن أن يأخذ 300 إلف من هذه الحبيبات النانوية.

بداية تقنية النانو

بالرغم من أن الاهتمام العالمي بتقنية النانو بدا منذ عام 1990 إلا أن العالم فينمان تنبأ بظهور تقنية النانو في المحاضرة الشهيرة التي ألقاها في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا في عام 1959 تحت عنوان"هناك كثير من الغرفة في القاع" ومن العنوان تستشف المعنى المقصود أن هناك في المادة كثير من الصفات والعلوم المميزة و الجديدة في الحجم المتناهي في الصغر من المادة (الذرة و الجزى), وفى هذه المحاضرة سال سؤال "ماذا يحدث لو أستطاع الإنسان أن يتحكم في الذرات بدلا من تفجيرها".

ولقد انطلق هذا التطور عام 1985 بعد أن اكتشف العالمان هوفمان و كراتشمان طريقة تركيب كمية ماكروسكوبية من الجزيئات و البلورات من الفولرين (C60) . ومع التقدم في أنظمة وعلوم الحاسب الألى والتطور الهائل في أجهزة المجهر الالكتروني الفائق القدرة و ظهور مجهر القوة الذرية (AFM) عام 1986 ، تمكن العلماء من رؤية الذرات و المواد النانوية. ولكن هناك ثمة اتفاق على أن عام 1990 هو البداية الحقيقية لعصر التقنية النانوية، ففي ذلك العام تمكن الباحثون في مختبر فرعي لإحدى شركات الإلكترونات العالمية العملاقة من صنع أصغر إعلان في العالم، حيث استخدموا 35 ذرة من عنصر الزينون في كتابة اسم الشركة ذي الحروف الثلاثة على واجهة مقر فرعها بالعاصمة السويسرية. و في نوفمبرِعام2000، ظهرت عدة تقارير علمية دفعة واحدة، واحتلت أبحاث تقنية النانو بابا كاملا في مجلة العلم الأمريكية "ساينس" ، ثم تلاها عدة تقارير في مطبوعات علمية أخرى كمجلة الطبيعة "نيتشر". كما نجح العلماء في الآونة الأخيرة في التوصل لأولى المنتجات التطبيقية المعتمدة على التقنية النانوية، وقد انتقلت بالفعل بعض هذه المنتجات من مختبرات الأبحاث إلى مجال الاقتصاد و التجارة.

أسامه صابر
دكتوراه في الهندسة من جامعة ياماجاتا باليابانمعمل النانو – قسم الفيزياء – كلية العلومجامعة الملك فيصل ، الإحساء
المملكة العربية السعودية