ما هي المواد النانوية؟

رغم أن العلماء لم يضعوا تعريفًا دقيقًا للمواد النانوية، إلا أنهم أجمعوا على أنها مواد تتميز بحجمها الصغير جدًا المُقاس بالنانومتر (جزء من 1000000000 من المتر)، أي تقريبا أصغر مئة ألف مرة من قُطر شعرة رأس الإنسان. [2]

هل توجد أمثلة على تكنولوجيا النانو في الطبيعة؟

توجد عدة أمثلة موجودة على استخدام تكنولوجيا النانو في الطبيعة، فمثلًا الأذن الداخلية للضفدع تحتوي على نتوءات ميكانيكية نانوية تقيس الانحراف الناتج عن الصوت حتى 3 نانومتر. كما تستخدم النملة خواص نطاق النانو لزيادة حساسية حاسة البصر عندها. [1]

ما هي أهمية المواد النانوية بشكل عام؟

تكتسب بعض المواد خصائص فريدة ومهمة عندما تتم معالجتها وهندستها على نطاقٍ صغيرٍ جدًا، هذه الخصائص قد تكون مرئية، مغناطيسية، كهربائية، أو أي خصائص أخرى. على سبيل المثال:

1. يمكن استخدام هذه التقنية في تصميم بعض الأدوية والعقاقير (مثل المستخدمة لمرض السرطان)، حيث يمكن جعلها تستهدف أعضاء أو خلايا أو أنسجة معينة في جسم الكائن الحي فقط، وبالتالي تُقلِّل من التأثيرات الجانبية وترفع من كفاءة العلاج.
2. يُمكن أيضًا إضافتها إلى الأسمنت، الملابس ومُختلف المواد الأُخرى لجعلها أقوى بوزن أخف.
3. يجعلها حجمها الصغير عملية جدًا في صناعة الإلكترونيات. [2]

كيف يتم تصنيف المواد النانوية؟

يتم تصنيف المواد طِبقًا لعدد أبعادها الغير موجودة في نطاق النانومتر. أي أن المواد تنقسم إلى أربعة أقسام:

1. (مواد صفرية الأبعاد – zero-dimensional materials).
2. (مواد أحادية الأبعاد – one-dimensional materials).
3. (مواد ثُنائية الأبعاد – two-dimensional materials).
4. (مواد ثلاثية الأبعاد – three-dimensional materials).[2][3]

ما هي المواد صفرية الأبعاد؟

في العشر سنوات الأخيرة، قطع العلماء شوطًا كبيرًا من الأبحاث حول تلك المواد. التي تكون جميع أبعادها أصغرمن 100 نانومتر. من الأمثلة على هذه المواد الـ (النقاط الكمومية –Quantum dots) التي دخلت مؤخرًا في صناعة الترانزستور وبعض خلايا الطاقة الشمسية. [2][3]

ما هي المواد أحادية الأبعاد؟

هي المواد التي تحتوي على بُعدٍ واحدٍ فقط أكبر من 100 نانومتر. من الأمثلة على هذه المواد: الأنابيب النانوية، والخيوط النانوية. من المتوقع أن تلعب هذه المواد دورًا مهمًا في صناعة الإلكترونيات. [3]

ما هي المواد ثنائية الأبعاد؟

في السنوات الأخيرة، اتجه عدد كبير من الباحثين لدراسة تصنيع هذه المواد، التي تحتوي على بُعدين أكبر من 100 نانومتر. من الأمثلة على هذه المواد: الطبقات النانوية، وتدخل في صناعة (المستشعرات –Sensors) و(الحاويات النانوية –Nanocontainers).[3]

ما هي المواد ثلاثية الأبعاد؟

هي المواد التي تكون جميع أبعادها أكبر من 100 نانومتر. هذه المواد تمتلك إما تركيب بلوري نانوي (بلورات نانوية الحجم) أو بعض خصائص نطاق النانو الناتجة عن احتوائها على مواد أخرى صفرية أو أحادية أو ثنائية الأبعاد.[3]

كيف يكون التركيب الكيميائي والترتيب الذري للمواد النانوية؟

جميع المواد التي تتم صناعتها بتكنولوجيا النانو يُمكن أن تُصنع من عنصركيميائي واحد مثل (أنابيب الكربون النانوية– Carbon Nanotubes)، وقد تُصنع من مركب كيميائي (عنصران كيميائيان متحدان أو أكثر). أما عن ترتيبها الذري فقد تكون مواد (لابلورية – Amorphous)، أي أنها لا تمتلك ترتيب ذري محدد، بل تكون عشوائية الترتيب تمامًا. أيضًا قد تكون في صورة مواد (أحاديةالبلورة– single crystalline)، أي أنها تمتلك ترتيب محدد ثابت للذرات يتكرر باستمرار. وقد توجد في صورة مواد (متعددة البلورات –polycrystalline)، أي أنها تمتلك أكثر من ترتيب محدد للذرات بشكل عشوائي. [3]

في هذه السلسلة سوف نتناول كل نوع من المواد النانوية في مقالٍ منفصل، سنتعرض لطرق تصنيعها وبعضًا من تطبيقاتها.

إعداد/ترجمة: Mohamed Ashraf Gamal

مراجعةعلمية: Joseph Halim

مراجعة لغوية: Mohamed Sayed Elgohary
تصميم:

المصادر:

1. A Little Bit About Nanotechnology – University of California, Berkeley.pdf.

Available from: http://sc.egyres.com/XjTyz

2. Nanomaterials [Internet]. [cited 2016 Feb 17].

Available from: http://sc.egyres.com/mUrwr

3. Progress in Materials Science – ScienceDirect.com [Internet]. [cited 2016 Feb 17].

Available from: http://sc.egyres.com/3FtOr

4. What are Nanomaterials? [Internet]. [cited 2016 Feb 17].

Available from: http://sc.egyres.com/rqMol