Embed Size (px)
DESCRIPTION
good
Citation preview
١
النانو تكنولوجي علم العصر
ھل تساءلت یومًا عما سیمكن لإلنسان أن یفعلھ في حال السیطرة على الذرة الواحدة وتحریكھا ھل تساءلت یومًا عما سیمكن لإلنسان أن یفعلھ في حال السیطرة على الذرة الواحدة وتحریكھا بحریة وسھولة ؟بحریة وسھولة ؟
عندما أعلن عن ظھور عندما أعلن عن ظھور ١٩٥٩١٩٥٩جاء ھذا على لسان العـالم األمـیـركي الشھیر ریتشارد فاینمان عام جاء ھذا على لسان العـالم األمـیـركي الشھیر ریتشارد فاینمان عام ..سمیت بالتقنیة النانویة أو النانوتكنولوجي سمیت بالتقنیة النانویة أو النانوتكنولوجي تقنیة حدیثة تقنیة حدیثة
والتي باتت الدول والتي باتت الدول ١٩٩٠١٩٩٠لقد تنبأ العلماء بمستقبل واعد لھذه التقنیة التي بدأت بشكل حقیقي عام لقد تنبأ العلماء بمستقبل واعد لھذه التقنیة التي بدأت بشكل حقیقي عام الصناعیة تضخ المالیین من الدوالرات من أجل تطویرھا وقد وصل تمویل الیابان لدعم بحوث الصناعیة تضخ المالیین من الدوالرات من أجل تطویرھا وقد وصل تمویل الیابان لدعم بحوث
٤٠٫٠٠٠٤٠٫٠٠٠ن دوالر أما في الوالیات المتحدة فھناك ن دوالر أما في الوالیات المتحدة فھناك إلى بلیوإلى بلیو) ) ٢٠٠٦٢٠٠٦((النانوتكنولوجي لھذا العام النانوتكنولوجي لھذا العام عالم أمریكي لدیھم المقدرة على العمل في ھذا المجال ، وتقّدر المیزانیة األمریكیة المقدمة لھذا عالم أمریكي لدیھم المقدرة على العمل في ھذا المجال ، وتقّدر المیزانیة األمریكیة المقدمة لھذا
. .٢٠١٥٢٠١٥العلم بتریلیون دوالر حتى عام العلم بتریلیون دوالر حتى عام فما ھو ھذا العلم الذي بدأ یغزو العالم بتطبیقاتھ التي قاربت الخیال ؟
٢
الذي استخدم الجیل األول ھو الجیل الذي ظھر في عالم اإللكترونیات بعد كل من النانوتكنولوجي الذي استخدم جھاز الترانزیستور والجیل الثانيبما فیھ التلفزیون ، ) Lamp( المصباح اإللكتروني
) Integrate Circuit = IC( من اإللكترونیات الذي استخدام الدارات التكاملیة الجیل الثالث، ثم وھي عبارة عن قطعة صغیرة جدًا قامت باختزال حجم العدید من األجھزة بل رفعت من كفاءتھا
الذي أحدث Microprocessor بـمعالـج المعلومات الـ الجیل الرابعوعددت من وظائفھا ، وجاء والرقائق الكومبیوتریة ) PC(ثورة ھائلة في مجال اإللكترونیات بإنتاج الحاسبات الشخصیة
.یكونیة التي أحدثت تقدمًا في العدید من المجاالت العلمیة والصناعیة السیل
فماذا عن الجیل الخامس ؟ وھو ما صار یعرف باسم النانوتكنولوجي
ما هو النانو تكنولوجي
بحث وتطویر تكنولوجي عـلى المستوى الذري والجزیئي الماكروي عند مستویات طولیة من إنھ -بھـدف إعـطاء تـفسیر جوھري للظاھرة والمواد في المجال النانوي نانومتر ، ١٠٠ -١رتبة
وأیضا إلنشاء واستخدام الـبـنى واألدوات والـنـظم ذات الوظائف والخصائص الجدیدة المتناسبة مع حجومھا الصغیرة
إن
(9-10)والتي تعني واحد ” أو دراووف ” نـانـوس ” ھي من الكلمة الالتـیـنـیة -“نانو ”كلمة الشيء من نبالبلیو
A nanometer is 10-9 meter (0.000000001
٣
األبعاد في المقیاساألبعاد في المقیاس
00..11
00..0011 mmmm
00..11 μμmm
00..0011 mmmm 1100 μμmm
00..11 mmmm 110000 μμmm
11 ccmm 1100 mmmm 1100--22
1100--33
1100--44
1100--55
1100--66
1100--77
1100--88
1100--99
1100--1100
Visible spectr
11
11 μμmm 11000000
00..11 ccmm 11 mmmm
ومسافات سیلیكون ومسافات سیلیكونذراتذرات~~tteenntthhss ooff nnmm
رأس دبوسرأس دبوس11--22 mmmm
كریات دم حمراء كریات دم حمراء مع كریة بیضاءمع كریة بیضاء
~~22--55 mm
DDNNAA ~~22..55 nnmm wwiiddtthh
شعرة بشریةشعرة بشریة~~ 6600--110000 mm
1 nanometer (nm)
100 nanometers
Microbial cell: 1 um (1000 nm)
Virus: 10-100 nm. Hemoglobin: 7 nm.
Water (H2O): 0.2 nm
؟ولوجيما ھي أھمیة النانو تكن -
بحسب الجمعیة العالمیة للنانو تكنولوجي فإن العلوم النانویة والھندسة النانویة تـقـودان لـفھم جـوھر الـبـناء لجمیع بنى األجسام الفیزیائیة ، ھذه التطورات من المحتمل أن تغیر معظم األشیاء
٤
) ة الى أشیاء لم نتخیلھا بعد المواد الى فاألغراض العسكریة والحربیإلى الحواسب إلىمن اللقاحات ( .بحیث یمكن تصمیمھا وصناعتھا
األدویة والعقاقیر الستخالص ٢٠٠٤ ملیون عام ١٦٥ مقابل ٢٠٠٩ بلیون دوالر في عام ٣٫٧ الحیویة فقط
املوارد املالية للنانو تكنولوجي
مـریكـیة متـعـددة في أعـطـت بلـیون دوالر لشركات أ٢٠٠٥مـیزانـیة الـوالیات الـمـتحدة لعـام
الجـمعـیة الـوطـنـیة للـنانـو تكـنولـوجـي National Nanotechnology Initiative (NNI)
تاریخ بدایة الجمعیة٢٠٠١وھو ضعف ما قدم في )بالملیون دوالر(الموارد المالیة الحكومیة للنانو تكنولوجي في العالم
2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 المنطقة
W. Europe 126 151 179 200 225 400 650
Japan 120 135 157 245 465 720 800
USA 116 190 255 270 465 697 774
Other 70 83 96 110 380 550 800
وبشكل عام
في البلدان المتطورة لم تنقل وحتى اآلن التكنولوجیا النانویة من واالتحاداتالحكومات والجامعات .مخابر إلى األسواق إال بمقدار ضئیل جدا مقارنة بما ھو متوقع من ھذا العلمال
٥
ما هي مواد النانو تكنولوجي
Quantum Dots النقاط الكمية-١
. نانومتر١٠ إلى ٢ وھى عبارة عن نانوى شبھ موصل ثالثى البعد ، تتراوح أبعاده ما بین مالیین نقطة كمیة بجوار ٣ نانومتر فإنھ یمكن صف ١٠ما یكون قطر النقطة الكمیة وعند
بعضھا البعض بطول یساوى عرض إصبع إبھام اإلنسان
Nanostructure البنیة النانویة
Size الحجم
Example Material or Application تطبیقيأومثال مادي
الكریستاالت النانویة ، الكریستاالت النانویة ، القطاعات ، النقاط المكممةالقطاعات ، النقاط المكممة
RRaaddiiuuss:: 11--1100 nnmm
العوازل ، أنصاف النواقل ، العوازل ، أنصاف النواقل ، المعادن ، المواد الممغنطةالمعادن ، المواد الممغنطة
الجسیمات النانویة الجسیمات النانویة األخرىاألخرى
RRaaddiiuuss:: 11--110000 nnmm
زفیة ، الحلي زفیة ، الحلي األكاسید الخاألكاسید الخ النقطیةالنقطیة
األسالك النانویةاألسالك النانویة
DDiiaammeetteerr:: 11--110000 nnmm
المعادن ، أنصاف النواقل ، األكاسید المعادن ، أنصاف النواقل ، األكاسید ، الكبریتات ، النتریدات، الكبریتات ، النتریدات
::DDiiaammeetteerr األنابیب النانویةاألنابیب النانویة
11--110000 nnmm
الكربون ، المحزاز للحدید ، الكربون ، المحزاز للحدید ، البطانة النحاسیةالبطانة النحاسیة
٦
Fullerene الفولورين -٢
ل لھا بناء یماث جزیئات نانویة مكونة من ذرات كربون مترابطة ثالثیا تعطي شكل كریات
و احتمال (فإنھا تحتوى على أشكال خماسیة ، ولكن بدًال من الشكل السداسي النقي، الجرافیت مما یؤدى النثناء الطبقات إلى كریات أو أسطوانات ، و یعد أكثر ، من ذرات الكربون) سباعیة
ذرة كربون على رؤوس مجسم ٦٠ ، حیث تترتب الـC60الفولورینات شھرة ھو الجزيء ، و یتمیز بأنھ ) ٥شكل(وشكل المجسم العشریني الناقص یشبھ كرة القدم . عشریني ناقص
جزيء ممغنط و غیر قابل لالحتكاك
٧
Nanoballs الكرات النانوية-٣
ف فى التركیب شیئًا قلیًال وذلك ، مع االختال) C60(تنتمى الكرات النانویة إلى فئة الفلورینات ألنھا متعددة القشرة، وخاویة المركز ، وبسبب تركیبھا الذى یشبھ البصل فقد أطلق علیھا
نانومتر ٥٠٠وقد یصل قطرھا إلى ما یزید عن . أى البصل buckyالعلماء اسم
Nanoparticles اجلسيمات النانوية -٤ لھ الخواص الكیمیائیة والفیزیائیة للمادة )شيء(فى تقنیة النانو یعرف الجسیم بأنھ أصغر وحدة
نانومتر١٠٠ إلى ١والجسیمات النانویة لھا أبعاد تتراوح بین . الحجمیة
٨
Nanotubes األنابيب النانوية -٥
١٠٠-١انو تخضع لشرط أساسى ، ھذا الشرط ھو مقیاس النانو لمواد المستخدمة فى تقنیة الن ١٠٠نانومتر لذلك فإن المواد المستخدمة یجب أن یتم تقطیعھا إلى أجزاء ال تزید أقطارھا عن
فاألنابیب النانویة تتكون من خلیط من مواد موصلة ومواد أشباه موصلة أسطوانیة . نانومتر . نانومتر١٠٠ إلى ١ین یتراوح قطر األنبوب ب الشكل مجوفة
Nanowires األسالك النانوية -٦
ویكون عدد ذرات سطح األلیاف .من أشھر األلیاف النانویة األلیاف المصنوعة من البولیمرات
...) والصالبة،‘ كالشدة ( كبیر مقارنة بالعدد الكلى ، وھذا یكسب األلیاف خواص میكانیكیة تؤھلھا لالستخدام كمرشحات فى تنقیة السوائل والغازات ، وفى العدید من التطبیقات الطبیة
والعسكریة
٩
Nanofibers األلياف النانوية -٧
ویكون عدد ذرات سطح األلیاف .من أشھر األلیاف النانویة األلیاف المصنوعة من البولیمرات...) والصالبة،‘ كالشدة ( العدد الكلى ، وھذا یكسب األلیاف خواص میكانیكیة كبیر مقارنة ب
تؤھلھا لالستخدام كمرشحات فى تنقیة السوائل والغازات ، وفى العدید من التطبیقات الطبیة والعسكریة
Nanocomposites املركبات النانوية -٨
فعند إضافة . إلیھا جسیمات نانویة تكسبھا خواصًا ممیزة إضافیةھى عبارة عن مواد یضاف
ما ، تزداد خواص التوصیل الكھربى والحرارى لتلك إلى مادة ) الكربون مثًال(أنابیب نانویة وقد یحدث أیضًا تحسن فى الخصائص . المادة نتیجة إلضافة أنابیب الكربون النانویة لھا
١٠
ومن . نتیجة إلضافة مواد نانویة معینة لبعض المواد) الصالبة ، الشدة( الضوئیة والمیكانیكیة .بات البولیمریةأشھر المركبات النانویة الموجودة اآلن المرك
یعتقد العلماء ان تخزین وإنتاج وتحویل الطاقة سوف یكون االستخدام االھم للتكنولوجیا النانویة في وتتعـدد مجاالت ، عشر سنوات قادمة ویشمل ذلك انتاج خالیا شمسیة وخالیا الوقود الھـیـدروجـیـني
والطب و الصناعات الدوائیة ، و الزراعة ،استخدام تكنولوجیا النانو فى كل من الصناعات األلكترنیة و غیرھا،والبیئة ، و معالجة میاه الشرب ، ومكانیك اإلنتاج ،
فمشروع المركبات الدقیقة التي تسیر مع الكریات الحمراء أمر محتمل تحقیقھ في المستقبل . القریب وذلك عن طریق علم النانو تكنولوجي
ون الطریق الجدید لبناء اآلالت الدقیقة مثل الروبوتات وتحویل المواد إلى الحجم الذري سیك الھلیكوبتریة المجھریة
وبحسب العالم كریلمان فإن علم النانو یقوم بتوحید وضم جمیع أنواع العلوم باحتماالت الحّد . لھا وال یمكن التنبؤ بنتائجھا
في العالم بحیث یمكن وقد تمكن العلماء الیابانیین من نحت ثور یمكن اعتباره أصغر منحوتةوضع ثالثین من أقرانھ في حّیز الیزید قطره عن قطر النقطة واستخدموا لذلك التقنیات اللیزریة وكان الھدف من ذلك ھو الحصول على مركبة نانویة إلستخدامھا في الجراحة
.الروبوتیة للخالیا ة یستطیع ابتالع كما تم الحصول على طقم أسنان سیلیكوني الیزید حجمھ عن حجم الخلی
الكریات الحمراء وقضمھا ثم اطالقھا مجددًا إلى الدم بمعدل عشر خالیا في الثانیة ، ویمكن لطاقم األسنان ھذا أن یساعد على إدخال األدویة أو الجینات إلى داخل الخالیا وبالتالي یعزز
العالج الخلوي المركز للكثیر من األمراض آلة مجھریة للحفر ، بوالیة میتشیغان بالوالیات المتحدة برآن أروابتكر باحثون من جامعة
والتثقیب والنحت والقطع قادرة على العمل بشكل ثالثي االبعاد لجمیع المواد بدقة بالغة، .»نانو تكنولوجیا«وھذه آخر صیحة من عالم الـ. مھما كانت درجة صالبتھا
STMاملاسح الضوئي االلكرتوني
١١
Samsung Nano SilverSeal refrigerator
تنتج الثالجات وتستخدم التغلیف النانوي لمنع الحشرات )في كوریا الجنوبیة (سامسونجشركة . المؤذیة من النمو
ھذه الجزیئات النانویة فعالة .تستخدم لتغطیة السطح (nm 1~)جزیئات الفضة النانویة بحدود . بشكل كبیر بحیث أنھا تمنع نمو المیكروبات الضارة كھربائیا
١٤
ولكن هذه اصغر
التطبيقات البيئية
تنظیف األنھار اآلسنة من الجزیئات الملوثة والتي تكون موادھا األصلیة ذات درجة عالیة من - بتـكالـیف منخفضة وفعالة وحلول سریعة ئة التي یكون من الصعب معالجتھا السمیة ضمن البی
زیادة إمكانیة الكشف والمشاھدة-
تطبيقات النانو تكنولوجي يف األنظمة البيولوجية البيولوجي االستشعار -
الجینات والبروتینات : المصفوفات المیكرویة - )DNA( مركبات الجسیمات النانویة للـبـبـتـیـدات والـ -
تعبئة األدویة في كبسوالت وتسلمھا - األدوات والتجھیزات الجزیئیة - الكشف على العوامل الممرضة -
١٥
مـحـلـل الـدم-
عند وضع ھذه . كریات الدم البیضاء عن الحمراء )عزل(قنوات بالغة الصغربحیث تستطیع فلترة - دقیقة ، قد تكون ١٥ – ١٠البطاقة في جھاز التحلیل یستطیع الجھاز عد الكریات البیضاء خالل ) .HIV( ھذه العـملیة مھمة في المعالجـة اإلسعافـیة لإلیـدز
-
أدوات طبیة وزراعة أعضاء -
اعیة ، رئتان ، غـدد قرنیة إصطن- - )ألم الصدر ( القلب - -
)السمنة ، دوار البحر ( المعدة - -
١٦
رادار قابل للزرع لتحدید األورام الخبیثة- - نموذج دماغ دقیق یعتمد على الحاسوب- -
األعصاب لمعالجة الحاالت المزمنة من الغضب) تحاكي( أجھزة الكترونیة قابلة للزرع تحث - - سنوات ١٠ – ٥ بـطاریات قـابـلة للشحن تـبدل كـل - - حساسات نانویة تضاف على المضخات لتقدیم األدویة - -
١٧
تدمري خلية سرطانية
املعاجل النانومرتي
أو المعالج النانومتري، ((nanoManipulator"والتورنانومانیبی" تم اختراع آلة الجدیدة تسمىومكنت ھذه اآللة الحدیثة العلماء من السباحة في عالم متناه في الصغر، عن طریق ارتداء منظار
وتقبع النسخة األكثر تقّدما من النانومانیبیوالتور في قسم الفیزیاء بجامعة نورث كارولینا في . خاصأحدث (م أحدث التقنیات المتقدمة في العالم الیوم البتكار ھذا الجھازولقد تم استخدا". تشابل ھل"
حسّي ّدقیق، الذي سمح للعلماء أن یلمسوا (مجس(تقنیات الحقیقة االفتراضّیة وأحدث مسبر .(ویشعروا بجزیئات متناھیة الصغر
١٨
اشهر العلماء العرب يف جمال النانو
كان الدكتور مصطفى السید أول عالم مصري وعربي یحصل علي قالدة العلوم الوطنیة األمریكیة الذي ترشح لھ ثمانیة من العلماء البارزین في الوالیات المتحدة، وقد أقام البیت األبیض یوم االثنین
خاللھ قالدة العلوم الوطنیة حفًال كبیرًا سلمھ الرئیس األمریكي جورج بوش٢٠٠٨ سبتمبر ٢٩األمریكیة التي تعتبر أعلي وسام أمریكي للعلوم إلنجازاتھ في مجال التكنولوجیا الدقیقة وتطبیقھ لھذه
التكنولوجیا باستخدام مركبات الذھب الدقیقة في عالج مرض السرطان
مع متنياتي بد العظيمإبراهيم ع/ ا
