أين نحن من النانو تكنولوجي؟!

قراءات في تكنولوجيا النانو
يقول الدكتور محمد شريف الإسكندراني مؤلف كتاب "تكنولوجيا النانو من أجل غد أفضل: "نتيجة إعادة هيكلة البنية الذرية وتصغير جزئياتها يجري الآن تخليق مواد جديدة تدعى المواد النانوية، ونظرًا إلى الدور الرئيس المتوقع أن تؤديه التكنولوجيا المتقدمة للنهوض بالاقتصاد العالمي ودورها الرائد في تطوير الصناعات الرئيسية ومنتجاتها المختلفة فقد لقبت باسم "تكنولوجيا القرن الحادي والعشرين".
جدير بالذكر أن تكنولوجيا النانو يجري تطبيقها في الطب والرعاية الصحية والزراعة والغذاء وحماية البيئة والتصدي لملوثاتها، وكذلك في مجال صناعة الإلكترونيات وأجهزة الاستشعار، كما يعرض الكتاب لمسألة المنافسة الشرسة القائمة بين الدول المنتجة لهذه التكنولوجيا، هذا ويحوي الكتاب النتائج البحثية لعدد آخر من العلماء العاملين في مجال تكنولوجيا النانو على مدار الثلاثين عامًا الماضية.
إن التقنية النانوية (Nanotechnology) أو تقنية المنمنمات: هي دراسة ابتكار تقنيات ووسائل جديدة تقاس أبعادها بالنانومتر، وهو جزء من الألف من الميكرومتر أي جزء من المليون من الميليمتر. وعادة ما تتعامل التقنية النانوية مع قياسات بين 0.1 إلى 100 نانومتر، وهي تتعامل مع أي ظواهر أو بُنى على المستوى النانوي، ومن أهم هذه البنى الأنابيب النانوية الكربونية.
"يقصد بعلم النانو ذلك العلم الذي يعتني بدراسة وتوصيف مواد النانو وتعيين خواصها وخصالها الكيميائية والفيزيائية والميكانيكية مع دراسة الظواهر المرتبطة الناشئة عن تصغير أحجامها"[5].
وتعرّف التقنية النانوية بأنها "تطبيق علمي يتولى إنتاج الأشياء عبر تجميعها من مكوناتها الأساسية، مثل الذرة والجزيء". وما دامت كل المواد المكونة من ذرات مرتصفة وفق تركيب معين، فإننا نستطيع أن نأخذ أي ذرة ونرصفها إلى جانب أخرى بطريقة مختلفة عما هي عليه في الأصل، وهكذا نستطيع صنع كل شيء ومن أي شيء تقريبًا. وتكمن صعوبة التقنية النانوية في مدى إمكانية السيطرة على الذرات بعد تجزيء المواد المتكونة منها، كما أن صعوبة التوصل إلى قياس دقيق عند الوصول إلى مستوى الذرة يعد اعتراضًا آخر يواجه هذا العلم الجديد الناشئ.
وتعد العلوم النانوية والتقانة النانوية إحدى امتدادات علوم المواد واتصالات هذه العلوم مع الفيزياء، والهندسة الميكانيكية والهندسة الحيوية، والهندسة الكيميائية تشكل تفرعات واختصاصات فرعية متعددة ضمن هذه العلوم.
تعاريف مهمة :
مقياس النانو: يشمل الأبعاد التي يبلغ طولها نانومترا واحداً إلى غاية ال100 نانومتر.
علم النانو: هو دراسة المبادئ الأساسية للجزيئات والمركبات التي لا يتجاوز قياسه ال100 نانومتر.
تقنية النانو: هو تطبيق لهذه العلوم وهندستها لإنتاج مخترعات مفيدة.
أهمية تقنية النانو:
الأمر الفريد في مقياس النانو أو ال”Nano Scale” هو أن معظم الخصائص الأساسية للمواد والآلات كالتوصيلية والصلابة ودرجة الانصهار تعتمد على الحجم بشكل لا مثيل له في أي مقياس آخر أكبر من النانو.
تخيّل:
فلنتخيل شيئًا في متناول أيدينا؛ على سبيل المثال مكعب طول ضلعه متر واحد ولنقطعه بأداة ما طولاً وعرضًا وارتفاعًا؛ فسيكون لدينا ثمانية مكعبات طول ضلع الواحد منها 50 سنتيمترًا، وبمقارنة هذه المكعبات بالمكعب الأصلي نجد أنها ستحمل جميع خصائصه كاللون الأصفر اللامع و النعومة وجودة التوصيل ودرجة الانصهار وغيرها من الخصائص ما عدا القيمة النقدية بالطبع، ثم سنقوم بقطع واحد من هذه المكعبات إلى ثمانية مكعبات أخرى، و سيصبح طول ضلع الواحد منها 25 سنتيمترًا، وستحمل نفس الخصائص بالطبع، و سنقوم بتكرار هذه العملية عدة مرات وسيصغر المقياس في كل مرة من السنتيمتر إلى المليمتر وصولاً إلى المايكرومتر، وبالاستعانة بمكبر مجهري وأداة قطع دقيقة سنجد أن الخواص ستبقى كما هي عليه، وهذا واقع مجرب في الحياة العملية، فخصائص المادة على مقياس المايكرومتر فأكبر- لا تعتمد على الحجم، وعندما نستمر بالقطع سنصل إلى ما سميناه سابقًا مقياس النانو، عند هذا الحجم ستتغير جميع خصائص المادة كليًّا بما فيها اللون والخصائص الكيميائية؛ وسبب هذا التغير يعود إلى طبيعة التفاعلات بين الذرات المكونة لعنصر الذهب، ففي الحجم الكبير من الذهب لا توجد هذه التفاعلات في الغالب، ونستنتج من ذلك أن الذهب ذا الحجم النانوي سيقوم بعمل مغاير عن الذهب ذي الحجم الكبير!
تحديات تواجه النانو:
إن مصنعي الشرائح قلقون بشأن ما سيحدث عندما تبدأ مصانعهم بتصنيع شرائح تحمل خصائص نانوية، ليس بسبب ازدياد التكلفة الهائل فحسب، بل لأن خصائص المادة على مقياس النانو ستتغير مع الحجم، ولا يوجد هناك سبب محدد يجعلنا نصدق أن الشرائح ستعمل كما هو مطلوب منها، إلا إذا تم اعتماد طرق جديدة ثورية لتصميم الشرائح المتكاملة. ففي العام 2010 سوف تصبح جميع المبادئ الأساسية في صناعة الشرائح قابلة للتغيير وإعادة النظر فيها بمجرد أن نبدأ بالانتقال إلى الشرائح النانوية منذ أن وضع "مور" قانونيه.
إن إعادة تصميم وصناعة الشرائح لن تحتاج إلى التطوير فحسب؛ بل ستحتاج إلى ثورة تتغير معها المفاهيم والتطلعات، هذه المعضلات استرعت انتباه عدد من كبرى الشركات وجعلتهم يبدءون بإعادة حساباتهم وتسابقهم لحجز موقع استراتيجي في مستقبل الشرائح النانوية.
غير أن أهم ردٍّ على هذه التحديات هو ميلاد النانو تكنولوجيا التي تعني مجموعة المهارات والتقنيات الرامية إلى تطويع النظريات وتطبيق نتائج البحوث العلمية من أجل وضع حلول فريدة لمشكلة معينة.
وإذا حاولنا تصنيف المواد النانوية وتطبيقاتها فإننا نقول إنها تتجاوز المواد التقليدية وتهتم بذرات اللب الداخلي للحبيبة وتهتم بالفلزات والسبائك الفلزية والمواد السيراميكية والبولمرات والمواد المتراكبة والمواد المتقدمة وأشباه الموصلات والزجاج وتستخدم هذه الخامات الأولية في تخليق مواد ذات أبعاد نانومترية وتحضر في صورة حبيبات أو رقائق أو أسلاك أو أسطوانات أو أعواد أو أحجار دقيقة.
لعل أهم استعمالات النانو التكنولوجية الواعدة هي مجال الطاقة البديلة والغذاء والبيئة والطب، وقد انصبت جهود العلماء حول طرق إزالة ملوثات المحيط ومعالجة الأمراض الفتاكة وحول توفير الغذاء.
"في هذا الصدد قدمت تكنولوجيا النانو الكثير من التقنيات المبتكرة والسبل الميسرة التي تمكننا من التحكم في البناء الذري الداخلي للمادة وتطوير نمط ترتيب الذرات بمواقع الشبكات البلورية مما أدى إلى طفرة هائلة في منهجية علوم المواد، والتي أدت بدورها إلى ميلاد أنواع جديدة من المواد غير النمطية التي تختلف في خواصها عن أترابها من المواد التقليدية"[6].
ولقد شملت تكنولوجيا النانو العلوم والتخصصات التالية: الصناعات الكميائية والالكترونيات والطب والدواء وتحلية المياه وتكرير البترول والبيئة والاتصالات والمعلومات والغذاء والبيتركيماويات والطاقة وصناعة السيارات والتسليح والأمن القومي والغزل والنسيج وضمت بالتالي الدوائر الكبرى التالية: علوم المواد والرياضيات والكيمياء الفيزيائية وميكانيكا الكم والكيمياء الجزئية والفيزياء الجزئية.
"هذا وتتفوق تكنولوجيا النانو في كونها التكنولوجيا الوحيدة ذات الوظائف والاستخدامات المتعددة حيث يمكن توظيف منتج واحد من منتجاتها النانوية في أكثر من مجال تطبيقي، وبطبيعة الحال يؤدي هذا إلى تخفيض تكلفة الإنتاج، لذا فمن المرجح أن تضاعف تكنولوجيا النانو من القدرة الإنتاجية في البلدان النامية، وذلك من خلال تقديمها سبلاً جديدة لعمليات تصنيعية مبتكرة ورخيصة"[7].
وإذا علمنا أن الدول العربية والإسلامية والأفريقية مازالت في طريقها نحو تحقيق التنمية والتطور وذلك بقصد اللحاق بالدول الصاعدة، فإن غيابها عن ساحة النشر العلمي المكثف الخاص بعلوم وتكنولوجيا النانو وضعف مساهمتها في هذا المجال- كفيل بأن يخلق أزمة ويعمق الهوة التي تفصلها عن بلدان المركز ويوسع من درجة الفجوة الرقمية. فمتى نرى الدول العربية تبادر بجدية لامتلاك هذا الابتكار العجيب؟ وهل ستحل تكنولوجيا النانو هذه الأزمة الحضارية المستعصية؟ وكيف ستساعد البشرية على إيجاد مسالك للرد على هذه المخاطر وتعمل على برمجة غد أفضل؟ وهل ستختفي الفوارق بين الطبيعي والصناعي في النمط المستقبلي للحياة الآدمية على الكوكب؟ وهل تعد النانو تكنولوجيا نعمة على النوع البشري أم نقمة على طبيعة الطبيعة على حد عبارة أدغار موران؟ وهل يكفي اعتماد الفكر المتعقد لفهم ما يحدث في الكون؟
المراجع:
Matthew Stein، Six dangers mortels pour la civilisation، dans le Huffington Post، Lundi 24 Mai 2010
Peter Kemp ، La mondialisationtechnologique، novembre 2004.
محمد شريف الاسكندراني ، تكنولوجيا النانو، من أجل غد أفضل، عالم المعرفة، عدد374، أبريل 2010،