ﻣﺎ ﻫﻲ ﺍﻟﺘﻘﺎﻧﺔ ﺍﻟﻨﺎﻧﻮﻳﺔ ؟ - جامعة دمشق

ما هي التقانة النانوية ؟فداء الطرشةرغد زينمعید في كلیة العلوم – جامعة دمشق معیدة في كلیة العلوم – جامعة دمشقSyrian Nanoscience and Technology Initiative Community (SNIC)نيسان 20101المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

الإشراف العلمي:د.‏ إبراهيم الغريبي– قسم الفیزیاءكلیة العلوم - جامعة دمشقد.م.‏ محمد علي السيد عليالمعھد العالي للعلوم التطبیقیة و التكنولوجیا.تأسست الوحدة السوریة للعلوم و التقانة النانویة SNIC ضمن قسم الفیزیاء في كلیة العلوم –أبحاثھ في مجال العلوم و التقانة النانویة في آذارجامعة دمشقبدأ فریق. 2010SNICwww.damascusuniversity.edu.sy/nanofidaa.tarsha@yahoo.comموقع الإلكترونيالبرید الالكتروني::2المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

ھذه الصفحة تركت فارغة عمداً‏3المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

ماذا تعني التقانة النانوية !!!,1.16,175,1500تخیل أن جسمك تقلص و صغر بمقدار ملیون مرة أي أنھ إذا كان طولك سم فإنھ سیصبح نانومترلنفرض أنك كنت موجوداً‏ في غرفة الجلوس فما الذي ستشاھده من حولك إنك لن ترى الكراسي الكنبة أو كمبیوتركأو حتى أفراد عائلتك إن ما ستراه من حولك ھو الذرات الجزئیات البروتینات و الخلایا فأنت الآن في العالم النانويالذي لن تكون قادراً‏ على رؤیة الذرات و الجزیئات ضمنھ و حسب إنما ستكون قادراً‏ على تحریك ھذه الجزئیات و ترتیبھابالشكل الذي ترید,,-,,, -.لنفرض الآن أنك بدأت بترتیب ھذه الجزئیات بطرائق مختلفة عن ما ھي علیھ حیث أنك ستكون قادراً‏ على خلق طرائقو أشكال كثیرة و ممتعة و ذلك حسب الرغبة و البنیة التي ترید الحصول علیھا و الوظیفة التي ستؤدیھا ھذه البنیة.(1001)إن تحضیر و إیجاد بنى و مواد بأبعاد نانویة من نانومتر إلىالیوم واحدة من أسرع الاتجاھات العلمیة و التقنیة انتشارا و تقدماً‏ھو نانومترندعوه بالتقانة النانویة و التي ھي.)التقانة النانویة تعني حرفیاً‏ أیة تقانة تنجز ضمن المقیاسو التي تمتلك تطبیقاتنانومتر أصغر من النانوي الوظائف و الأنظمةتطویر إنتاج و في مجالات عملیة الفیزیائیة و الكیمیائیة و البیولوجیة ضمن مقاییس تتراوح منالذرات و الجزیئات المفردة إلى المقاییس الأصغر منمع بعد واحدنانومتر نانومتر إلى من المیكرومتر على الأقل ضمن الأبعاد النانویة,‏ كذلك فإنھا تشمل الأنظمة وتدخل في تركیبھا عناصر و بنىالتي الأجھزة الماكرویة نانویة.‏((1001001).,من الممكن أن تفھم التقانة النانویة من قبل الكثیرین على أنھا عبارة عن عملیة من التحضیر الفائق الصغر وحسب فيالحقیقة إن الفكرة أبعد من ذلك بكثیر حیث انھ عند الانتقال إلى الأبعاد الجزیئیة و الذریة فإن قوانین الفیزیاء و الكیمیاءالكلاسیكیة تصبح عاجزة عن وصف المادة و التأثیرات المتبادلة ضمن ھذه الأبعاد و تحل مكانھا قوانین المیكانیكالكمومي مما یعني تغیراً‏ في خواص المادة التي تعتمد على السطح و الناتج عن أن الآثار شبھ الكمومیة التي نھملتأثیرھا في المقاییس الكبیرة نسبیاً‏ تصبح ضمن الأبعاد النانویة ھي الطاغیة و ھذا یفتح الباب أمام تطبیقات جدیدة فيمجالات متعددة كالبصریات الإلكترونیات التفاعلات الكیمیائیة و المحفزات تقنیات أنصاف النواقل تقانة المعلوماتو أخیراً‏ و لیس آخراً‏ التقانة الجزیئیة و الحیویة,,,:) 1 – ‎100‎نانومتر)‏.,,,مما سبق نستنتج أن التقانة النانویة تقوم على ثلاثة أمور أساسیة و ھيالأبحاث و التقانات المنجزة ضمن المجالإیجاد و استخدام بنى تمتلك خواص مختلفة عن ما ھي علیھ في الأبعاد الماكرویة و ذلك بسبب حجمھا الصغیرالتقانات و الأبحاث المعتمدة على إمكانیة التعامل و التحكم بالمادة ضمن المستوى الجزیئي و الذري.4المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

عالم النانو المذهل :,(nm)إن النانو متر الذي یرمز لھ بالرمز ھو واحدة للقیاس وھي تساوي واحد من البلیون من المتر حیث أن البلیونفإذا قمنا بتقسیم المتر الواحد إلى بلیون جزء فإننا سنحصل على أجزاء صغیرة جدایكتب بالشكللدرجة انھ لا یمكننا أن نراھا إلا باستخدام مجاھر خاصة ذات قدرة عالیة.1,000,000,000كم ھو صغیر النانومتر ؟؟؟؟للإجابة على ھذا السؤال لنأخذ الأمثلة التالیةقطر ذرة الھیدروجین تقریبا 0.1 نانو مترعرض جزيء DNA حوالي 2 نانو متر:..یمتد جزيء البروتین على مجال من 5 حتى 50 نانو مترتمتد الفیروسات على مجال من 75 حتى.. نانو متر 1007000قطر خلایا الدم الحمراءنانو متر.‏یساوي تقریباو نانو متر,‏ارتفاعھا 2000قطر خلایا الدم البیضاء یساوي تقریباتمتد البكتریا على مجال منمتوسط عرض شعرة الإنسان حوالي100001000 حتى 10000نانو متر.‏. نانو متر70000. نانو متر–––إن الباحثین مقبلون بشدة على دراسة العلوم النانویةلأن المواد عندما تحضر بأبعاد نانویة فإنھاتبدي خواص فیزیائیة كیمیائیة كھربائیة مغناطیسیة میكانیكیة و حراریة مختلفة تماماً‏ عن تلك التي تبدیھاعندما تكون نفس المادة بأبعاد ماكرویة و من الملاحظ أن خواص المادة السطحیة مثل اللون و الناقلیة الكھربائیة والمغناطیسیة تتغیر عند الأبعاد النانویة بشكل غیر متوقع و غریب فالمادة في الأبعاد النانویة من الممكن أن تصبح شفافةبدل أن تكون عاتمة النحاس و نشیطة كیمیائیاً‏ بدل أن تكون خاملة البلاتینیوم و المادة العازلة تصبح ناقلة والمواد النانویة یمكن أن تحضر بحیث تكون قویة و صلبة و خفیفة الوزن في الوقت عینھ و بشكل مذھل,....((),–,, ()(Nanoscience))بالنتیجة نلاحظ أن الأشیاء تصبح مختلفة بشكل كلي عندما ندرسھا ضمن الأبعاد النانویةبشكل كلي وما زال أمامنا الكثیر لندرسھ,.,ونحن لم نكتشف بعد ھذا المجال5المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

متى بدأت التقانة النانوية :‏!!!!"التقانة النانویة"!!!!‏,,.إن الاسم یوحي لنا بان ھذه التقانة ھي شيء جدید أحدثھ الإنسان ربما یكون السبب ھو أنكلمة تقانة قد أوجدھا الإنسان لیصف أموراً‏ و ابتكارات توصل إلیھا بنفسھ كتقانة المعلومات مثلاً,‏ لكن الحقیقة ھي أنالتقانة النانویة قدیمة قدم الحیاة فالطبیعة تعطینا أمثلة كثیرة على ھذه التقانة كالبكتیریا و البروتینات و الخلایا و التي تعملجمیعا ضمن المقیاس النانويإن أمثلة كھذه تؤكد لنا قدم التقانة النانویة إلا أن مفاھیم و مصطلحات مثل المقیاس النانوي و العلوم النانویة و التقانةالنانویة كمصطلح ھي مفاھیم جدیدة نسبیاً‏ و سنرى فیما یلي كیف وجدت و تطور مفھومھا خلال العقود القلیلة الماضیة.بدایة التفكیر بالتقانة النانویة و التي لا یخطأ الكثیرون عندما یقولون أنھا مجرد صدفة تنسب إلى العالم الفیزیائي المشھورخلال حدیث بعد العشاء أمام المجتمع العلمي الأمریكي و الذيكانون الأول عام و ذلك في ریتشارد فاینمان و الذي قدم خلالھ أفكار عن إمكانیة إیجاد آلات وكان بعنوانأجھزة قادرة على التعامل و التحكم و تصویر المادة ضمن الأبعاد الذریة.195929" There’s Plenty of Room at the Bottom""إن مبادئ الفیزیاءأیة قوانین إنھ شيء,,, لا,,,,ریتشارد فینمان خلال حدیثھكما یمكنني أن أراھا تناقض إمكانیة التعامل مع الأشیاء ذرة تلو ذرة إنھا لیست محاولة لخرقیمكن تحقیقھ لكن بالعمل و المحاولة لكننا لم نفعلھا بعد لأننا كبیرون جداً‏"," There’s Plenty of Room at the Bottom"1969و في عام اقترح الیاباني لیو أوساكي تصنیع تركیبات نصف ناقلة بأحجام النانویة و قد أمكن في السبعینیات منفقدالقرن الماضي التنبؤ بالخصائص التركیبیة للفلزات النانویة أما مصطلح التقانة النانویةعام‎1974‎ في ورقتھ العلمیة المنشورة في مؤتمرأطلقھ عالم یاباني من جامعة طوكیو یدعىالجمعیة الیابانیة للھندسة الدقیقة و ذلك لیصف الدقة العالیة جداً‏ و الأبعاد المتناھیة في الصغر و قد تنبأ بتقدم كبیر فيمجالات الدارات المتكاملة الأجھزة البصریة الأجھزة المیكانیكیة و الذواكر الحوسبیة , عند الانتقال إلى البنى الصغیرةللوصول إلى البنى النانویةمن بنى أكبر و ھو ما یدعى بالطریقة التنازلیة"nanotechnology".,," Norio Taniguchi",‘top-down approach’,و ھو جھاز یقومو مع اختراع المجھر الماسح النفقيزادت البحوث المتعلقة بتصنیع و دراسة التركیبات النانویة للعدید من الموادبتصویر و توصیف الأجسام بأحجام نانویة بسبب ھذاعلى جائزة نوبل في الفیزیاء عام جیرد بینج و ھینرك روھر و قد حصل العالمان المخترعان لھ الاختراع1986) STM (Scanning tunnelling Microscope عام , 1981,().6المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

ظھرت في الفترة التالیة أفكار و بحوث عدیدة حول التقانة النانویة منھا ما نشرهحیث ناقش فیھ مستقبل التقانة النانویةمحركات الإبداعنانویة انطلاقاً‏ من مكوناتھا الذریة و الجزیئیة و ھو ما یدعى بالطریقة التصاعدیةإلى البنى النانویة كما قدم أفكاراً‏ حول ‏"التقانة الجزیئیة"‏ و بالتحدید التجمیعتشكیلات و ترتیبات وظیفیة منظمة1986 Eric Drexler,‘bottom-up approach’الذاتيassembly selfEngines of Creation..عام في كتابھو بالتحدید تحضیر و إیجاد مواد و بنىللوصولللجزیئات ضمنSumio Iijima,,و التي ھي عبارة عنفي عام أوجدت أنابیب الكربون النانویة على ید عالم یاباني آخر یدعىأنابیب أسطوانیة مجوفة قطرھا بضعة نانومتر و مصنوعة من شرائح من الغرافیت و التي فتحت الباب أمام تطبیقاتھندسیة و صناعیة كثیرة كذلك تم اختراع ترانزستور من أنابیب الكربون النانویة عام و تكمن أھمیة ھذاالترانزستور في حجمھ و انخفاض استھلاكھ للطاقة و انخفاض ضیاع الطاقة منھ على شكل حراري1998.19917المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

تطبيقات التقانة النانوية :,إن التقانة النانویة ھي و بلا منازع تقنیة القرن الحادي و العشرین و قد بدأت ھذه التقنیة الواعدة تدخل في كافة المجالاتالطبیة و الصناعیة و الإلكترونیة و العسكریة كما أنھا تحمل حلولاً‏ للكثیر من المشكلات البیئیة و الصحیة و التقنیةسنناقش فیما یلي بعضاً‏ من التطبیقات الحالیة للتقانة النانویة و مجموعة من التطبیقات المتوقعة خلال السنوات القادمةالاستخدامات الحالية للتقانة النانوية :,.,Nanomaterialsفي تصنیع معظم الأجھزة الإلكترونیة الحدیثة حیث أن التقانة النانویة تستعملتدخل المواد النانویةللحصول على ترانزستورات و وصلات إلكترونیة مكنتنا من الحصول على رقائق و معالجات حاسوبیة أكثر سرعة وتقدماً‏ .حالیاً‏ في بعض المنتجات الدوائیة لجعلھا ذات قابلیة ذوبانعلى صعید آخر تستعمل الجسیمات النانویةأفضل بحیث نحتاج إلى جرعات قلیلة منھا وفي الوقت نفسھ یكون إیصال الدواء ذو فعالیة أكبر و آثار جانبیة أقل و ھناكبعض كریمات الوقایة من الأشعة فوق البنفسجیة الضارة في أشعة الشمس التي تستعمل بشكل واسع حالیاً‏ و التي تحويأكسید التیتانیوم أو أكسید الزنك على شكل جسیمات نانویة حیث تتمیز بفعالیتھا و أنھا شفافة لا لون لھا ویتم حالیا تطویركما تستعمل الموادوالإسمنت العظميمواد نانویة طبیة مثل العظم الصناعيالسیرامیكیة النانویة Nanoceramics في الأسنان الصناعیة أو لملأ الثقوب و الفراغات في العظام و ذلك بعد إزالةالورم من العظم , حیث أن خواصھا المیكانیكیة و الكیمیائیة تجعلھا قادرة على الارتباط مع النسج المحیطة,.,,bone cement,Nanoparticlessynthetic bone8المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

ومن جھة أخرى یمكن أن تستغل المناطق السطحیة من الجزیئات النانویة في صناعة المحفزاتفي تحسین التفاعلات الكیماویة وجعلھا أكثر فعالیة أقل استھلاكاً‏ للطاقة و أكثر تقلیلاً‏ للنفایات و المخلفاتcatalysts.,والتي تساعد,,.كذلك تستعمل الأغشیة النانویة الرقیقة في تغشیة العدسات العینیة و ذلك لجعلھا أقل جذبا للجراثیم و أقل قابلیة للخدش كماتستعمل في تغشیة مرایا السیارات و زجاج النوافذ حیث تجعلھا أمتن و أقوى و قادرة على المحافظة على نظافتھا لفترةأطولتقوم بعض شركات تصنیع الملابس حالیاً‏ بإدخال مواد نانویة Nanomaterials في الأقمشة التي تصنع منھا الملابس وذلك لزیادة قدراتھا على مقاومة البقع و الأوساخ وجعلھا سھلة التنظیف حیث أن ھذه الألبسة ذات نفوذیة وحیدة الاتجاهفھي تسھل التخلص من العرق و إفرازات الجسم و تمنع دخول الأوساخ و المواد السائلة من الخارج.,,على صعید آخر فإن التقانة النانویة تستخدم في الكثیر من المنتجات التجاریة الریاضیة حیث تستخدم المواد النانویة الآنعلى سبیل المثال في مضارب التنس و البیسبول و الدراجات الھوائیة الریاضیة و ذلك لجعلھا أكثر تحملاً‏ للشد و أخفوزناً‏ .التقانة النانوية و المستقبل القريب :یجد العدید من العلماء والمھندسین الیوم طرائق جدیدة لاستخدام التقانة النانویة في تحسین العالم الذي نعیشھھنا بعضاً‏ من تطبیقاتھا المتوقعة في المستقبل القریبالمجال الطبي,:یطور الباحثون في مجال الطب جزیئاتنانویة قادرة على حمل الدواء مباشرة إلى الخلیة المصابةإن ھذه الطریقة یمكن أن تخفض الضرر الناتج عنالمعالجة بشكل كببر وخاصة في حالات العلاج الكیماويللأورام حیث سیذھب الدواء فقط إلى الخلایا و الأنسجةالمصابة من جسم المریض إن استخدام التقانة النانویةلعلاج السرطان یفتح أمامنا الكثیر من الإمكانیات و التيتتضمن إمكانیة تدمیر الأورام السرطانیة و التخلص منھامع أقل قدر من الضرر للأعضاء و الأنسجة السلیمة ...لذلك سندرجو من التطبیقات المتوقعة في العقد القادم استخدام ألیاف البولیمر النانویةالجھاز العصبي المركزيلإجراء الجراحات الترقیعیة للأوعیة الدمویة و.الكثیر من الجھود من أبحاث و تجارب تبذل حالیاً‏ لاستخدام التقانة النانویة في العلاج و التشخیصالأبحاث مازالت قید التجریب و لم یتم استخدامھا حتى الآن,.الجدیر بالذكر أن ھذه9المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

الإلكترونیات:تحمل التقانة النانویة الالكترونیة الأجوبة عن كیفیة زیادة قدرةالأجھزة الكھربائیة بینما نقوم بتقلیل وزنھا و استھلاكھا للطاقة ھذا وستستخدم أنابیب الكربون النانویة في صنع ترانزستور الأثر المجالي.,capabilityfield effect transistor400و القافلات في الحاسوب أي أن زمن القفل سیكون أسرعبحوالي مرة مما ھو موجود علیھ الآن و من المتوقع أن تكون حواسیب المستقبلعبارة عن شبكة من أنابیب الكربون النانویة الموضعة على قاعدة معینة.,الغذاء الصحي,:تعد التقانة النانویة بثورة في علم الغذاء سواء على مستوى الزراعة و إنتاج الأغذیة أو على مستوىحفظھا و المحافظة على قیمتھا الغذائیة حیث تقوم عدة شركات بتطویر مواد نانویة تؤثر على طعم و سلامة الأغذیة وعلىالفوائد الصحیة التي تؤمنھاالحساسات الكیمیائیة:من الممكن أن تقدم لنا التقانة النانویة حساسات قادرة على تحسس كمیات صغیرة جداً‏ منو أسلاك أكسید الزنك النانویةالعدید من البنى و المواد النانویة مثل أنابیب الكربون النانویة الأبخرة الكیمیائیة من الممكن أن تستعمل لبناء مثل ھذهأو جسیمات البلادینیوم النانویةبسبب الأبعاد الصغیرة لھذه البنى فإن كمیة صغیرة جداً‏ من جزیئات الغاز قادرة على تغییرالأنواع من الحساسات الخواص الكھربائیة لمواد الحساسzinc,palladium nanoparticles...oxide nanowiresالماء النقي,nanofibers:لتحلیھ میاه البحر كذلك حساساتیختبر العلماء حالیاً‏ أنسجة مكونة من ألیاف النانویةقادرة على تحدید مكونات الأنظمة المائیة و كما أن المحاولات جاریة للوصول إلى مصافٍ‏ لتنقیة المیاه بالاعتمادعلى جسیمات نانویة من أكسید التیتانیوم و ألیاف نانویةfilters.10المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

TCEیتوقع أن تحمل لنا التقانة النانویة حل لأحد أكثر المشاكل و التي ھي إزالة النفایات الصناعیة مثل تنظیف المیاه الجوفیة منو نستطیع أن نستخدم جزیئات نانویة قادرة على تحویل الملوثاتمركب یدعىالكیماویة عن طریق تفاعل كیماوي معین وجعلھا غیر مؤذیة إن ھذه الطریقة یمكن أن تستعمل بنجاح للوصول إلىالملوثات الموجودة في المیاه والبرك الباطنیة وإن لھذه الطریقة كلفة أقل حیث أننا لن نحتاج إلى ضخ المیاه إلى السطححتى تتم معالجتھا ..(Trichloroethylene)البیئة و الھواء النظیفcatalysts:تستخدم التقانة النانویة لتحسین أداء المحفزات والتي تستخدم لتحویل البخار الناتجعن السیارات وعن المنشآت الصناعیة إلى غاز غیر مؤذ ‏.حیث أن المحفزات المصنعة من جزیئات نانویة والتي لھا سطحكبیر تتفاعل مع المواد الكیماویة بشكل أكبر من المحفزات المصنعة من جزیئات أكبر حیث أن ھذا السطح الكبیر یسمحللمواد الكیماویة بالتفاعل مع المحفزات بشكل آني وھذا یجعل من المحفزات أكثر فعالیة..)بالإضافة إلى ذلك فإن جسیمات الفضة النانویة ستستخدم في مرشحات الھواء للتخلص منفیروس الأنفلونزا العالقة في الھواءالجراثیمو الفیروساتمثل.(في المجال العسكري:بدأت العدید من الدول مثل الولایات المتحدة الأمریكیة و بریطانیة و غیرھما بتطبیق التقانةالنانویة في ملابس الجنود،‏ حیث یشعر الجندي بالبرودة في الحر وبالدفء في البرد وتتغیر ألوانھا وفقا لتغیر البیئة منحولھا ‏،كما یتم استخدام جسیمات نانویة في طلاء طائرات الشبح أو السیارات حیث تصبح غیر مرئیة من قبلویجرى البحث حالیاً‏ لإنتاج طائرات استطلاع لیس فقط بدون طیار ولكن بحجم البعوضة بحیث یستحیل على أحداكتشافھاالرادار .،.Fidaa Al-TarshaRaghad Zein11المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)

1. Springer Handbook of Nanotechnology2. "The Nanotechnology Revolution," The New Atlantis, 20033. The Nanotechnology Revolution , Eric Drexler ,Chris Peterson, Gayle Pergamit4. Center for Responsible Nanotechnology www.crnano.org5. e-drexler.com6. www.nano.gov7. www.nanooze.org8. www.nnin.org9. www.nanoscience.gatech.edu10. www.understandingnano.com11. www.explainthatstuff.com12. www.nanotech-now.com13. Nanofrontiers , Karen F. Schmidt , MARCH 200714. Nanotechnology For Dummies , Richard Booker and Earl Boysen,المراجع :مقدمة في تقنیة النانو د.‏ الصالحيد.‏ الضویان جامعة الملك سعود.15fidaa.tarsha@yahoo.com:للاستعلام عن SNICو نشاطاتھا یرجى التواصل معنا عبر البرید الالكتروني12المبادرة السوریة للعلوم و التقانة النانویة (SNIC)