تقنية النانو هي العلوم والهندسة والتكنولوجيا التي أجريت في المقياس النانوي، الذي يتراوح من 1 إلى 100 نانومتر، فعلم النانو أو تكنولوجيا النانو هي دراسة وتطبيق الأشياء الصغيرة للغاية، والتي يمكن استخدامها في جميع المجالات العلمية الأخرى، مثل الكيمياء، والبيولوجيا، والفيزياء، وعلوم الأسلحة، والهندسة .
متى بدأ علم النانو
بدأت الأفكار والمفاهيم الكامنة وراء علم النانو أو تكنولوجيا النانو مع حديث بعنوان ” There’s Plenty of Room at the Bottom “، للفيزيائي ريتشارد فاينمان في اجتماع الجمعية الأمريكية للفيزياء، في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ( CalTech )، في 29 ديسمبر 1959، قبل فترة طويلة من استخدام مصطلح تقنية النانو، وفي حديثه، وصف فينمان عملية يتمكن فيها العلماء من التلاعب والتحكم في الذرات الفردية والجزيئات، بعد أكثر من عقد من الزمان، في الاستكشافات الخاصة به من الآلات الدقيقة، ابتكر الأستاذ نوريو تانيجوتشي مصطلح تقنية النانو، ولم يكن حتى عام 1981، مع تطوير مجهر المسح النفقي الذي يمكن أن يرى الذرات الفردية، أن التكنولوجيا النانوية الحديثة بدأت .
من الصعب تخيل مدى صغر حجم تكنولوجيا النانو، فالنانومتر الواحد هو جزء من مليار جزء من المتر، أو 10-9 من المتر، وفيما يلي بعض الأمثلة التوضيحية :
1- هناك 2540000 نانومتر في البوصة .
2- يبلغ حجم الصحيفة حوالي 100000 نانومتر .
3- على مقياس مقارن، إذا كان الرخام نانومترًا، فسيكون حجم المتر مماثل لحجم الأرض .
النانو والتحكم في الذرات والجزيئات
يتضمن علم النانو وتكنولوجيا النانو القدرة على رؤية الذرات والجزيئات الفردية والتحكم فيها، حيث يتكون كل شيء على الأرض من ذرات – الطعام الذي نأكله، والملابس التي نرتديها، والمباني والمنازل التي نعيش فيها، حتى أجسامنا، ولكن من المستحيل رؤية شيء صغير مثل الذرة بالعين المجردة، وفي الواقع، من المستحيل أن نراها بالمجهرات المستخدمة عادة في فصول العلوم في المدرسة الثانوية، لذا فقد تم اختراع المجاهر اللازمة لرؤية الأشياء على مقياس النانو في الآونة الأخيرة نسبيا – منذ حوالي 30 عاما .
وبمجرد حصول العلماء على الأدوات الصحيحة، مثل مجهر المسح النفقي ( STM )، ومجهر القوة الذرية ( AFM )، ولد عصر تكنولوجيا النانو، وعلى الرغم من أن علم النانو الحديث وتكنولوجيا النانو حديثان إلى حد كبير، فقد استخدمت المواد النانوية منذ قرون، ولقد أحدثت جسيمات الذهب والفضة بديلة الحجم، ألوانًا في نوافذ الزجاج الملون في كنائس القرون الوسطى منذ مئات السنين، ولم يعرف الفنانون في ذلك الوقت أن العملية التي استخدموها لإنشاء هذه الأعمال الفنية الجميلة، أدت إلى تغييرات في تركيبة المواد التي كانوا يعملون بها، ويجد علماء ومهندسون اليوم مجموعة واسعة من الطرق لتعمد صنع المواد في المقياس النانوي، للاستفادة من خصائصها المحسنة مثل القوة الأعلى والوزن الأخف، وزيادة التحكم في طيف الضوء، وزيادة التفاعل الكيميائي من نظرائهم على نطاق أوسع .
كيف تعمل تقنية النانو
1- واقي الشمس : تحتوي العديد من واقيات الشمس على جسيمات نانوية من أكسيد الزنك أو أكسيد التيتانيوم، وتستخدم الصيغ الواقية من الشمس جزيئات أكبر، وهو ما يعطي معظم واقي الشمس لونها الباهت .
2- زجاج التنظيف الذاتي : شركة تدعى Pilkington تقدم منتجًا يطلق عليه Activ Glass، والذي يستخدم جسيمات النانو لصنع الزجاج الضوئي والتحفيز المائي، ويعني أثر التحفيز الضوئي أنه عندما تصاب الأشعة فوق البنفسجية من الضوء بالزجاج، فإن الجسيمات النانوية تصبح نشطة وتبدأ في الانهيار وتخفيف الجزيئات العضوية على الزجاج ( وبعبارة أخرى، الأوساخ )، حيث يعني هذا أن الماء عندما يتصل بالزجاج، فإنه ينتشر عبر الزجاج بالتساوي، مما يساعد على غسل الزجاج وتنظيفه بسهولة .
3- الملابس : يستخدم العلماء الجسيمات النانوية لتحسين الملابس، من خلال صباغة الأقمشة بطبقة رقيقة من جزيئات أكسيد الزنك النانوية، يمكن للمصنعين إنتاج ملابس توفر حماية أفضل من الأشعة فوق البنفسجية، وبعض الملابس لها جسيمات نانوية على شكل شعيرات صغيرة، تساعد على صد الماء والمواد الأخرى، مما يجعل الملابس مقاومة للبقع .
4- طلاء مقاوم للخدش : اكتشف المهندسون أن إضافة جسيمات نانو السيليكات المصنوعة من الألومنيوم، إلى طلاء بوليمر مقاوم للخدش، يجعل الطلاء أكثر فعالية، مما يزيد من مقاومة التقطيع والخدش، والطلاء المقاوم للخدش شائع في كل شيء من السيارات إلى عدسات النظارات .
5- الضمادات المضادة للميكروبات : ابتكر العالم روبرت بوريل، عملية لتصنيع الضمادات المضادة للبكتيريا باستخدام الجسيمات النانوية للفضة، وأيونات الفضة تمنع التنفس الخلوي للميكروبات، وبعبارة أخرى، تزيل الفضة الخلايا الضارة، وتقتلها .