آفاق التقنية النانوية ليست نانوية
د. مها محمد عمر خياط
أستاذ مساعد في الفيزياء، قسم الفيزياء، جامعة أم القرى
وكيلة للعميدة للشؤون التعليمية بعمادة الدراسات الجامعية للطالبات بجامعة أم القرى
يعتمد مفهوم تقنية النانو على اعتبار ان الجسيمات التي تكون أحد أبعادها عدد من النانومترات تمتلك خصائص و سلوكيات جديدة، يمكن توضيح ذلك من خلال التطبيقين التاليين:
أولا: اختبارات غير متلفة متناهية الصغرNon destructive tests (Nanoindentation)
الضغوط العالية تحدث في الطبيعة في مركز الكواكب، لكن تجارب الضغط العالي يمكن
إجرائها في المعمل بطريقة متحكم بها باستخدام تقنية النقر المتناهية الصغر. في
تقنية النقر النانوية يستخدم قطعة من مادة عالية الصلابة مثل الألماس تكون معلومة
الأبعاد، و التي تولد ضغوط عالية تصل إلى ما يقارب
جيجا
باسكال على سطح العينة المراد اختبارها. هذه الضغوط عند بذلها على بعض المواد تتسبب
في تكوين بلورات نانوية جديدة، مثل الذي يحدث مع السيلكون البلوري و غير البلوري.
هذه الظاهرة تسمى التحول الطوري. يمكن الاستفادة من هذه الظاهرة في التنبؤ بحدوث
زلازل، و ذلك بتصميم مجسات متناهية الصغر يمكن زرعها داخل التكوينات الطبيعية أو
المنشآت الهندسية. بالإضافة إلى ذلك فان ظاهرة التحول الطوري يمكن أن تساعدنا في
فهم الآلية التي يحدث بها تكرار ذاتي للجزيئات و هي العملية الأهم في تقنية النانو.
ثانيا: تصنيع نبائط الكترونية متناهية في الصغر Nano Devices Fabrication
من نعم الله علينا أن الطاقة التي تزود بها الشمس كوكب الأرض كبير جدا يصل إلى
جول
سنويا، تقريبا أكثر من
مره
من استهلاك سكان الأرض حاليا. بمعنى انه إذا غطيت %
من
مساحة المملكة العربية السعودية بالخلايا الشمسية و التي تكون كفاءتها لا تتجاوز
%
سوف يغطي احتياجاتنا للطاقة، علما بان انخفاض الكفاءة عنصر لا يجب التركيز عليه و
ذلك لتوفر الطاقة الشمسية كمصدر مغذي. إن دعم الدراسات لاستخدام البلورات النانوية
لثاني أكسيد التيتانيوم لتصنيع خلايا شمسية زهيدة الثمن صديقة للبيئة أمر مجدي
اقتصاديا. أهمية التركيب النانوي في فيلم ثاني أكسيد التيتانيوم تكمن في حقيقة كونه
كلما صغر حجم البلورة كلما زاد الاتزان بين الالتحام لحوامل الشحنة خلال حجم الخلية
و سطحها. حيث يزداد زمن الحياة لحوامل الشحنة المولدة.
و بالتالي يمكن التحكم في عملية الالتحام لحوامل الشحنة و الغير مرغوب بها أصلا. بالإضافة إلى ذلك فان البلورات النانوية تسمح بزيادة المساحة السطحية للفيلم. و لتصنيع هذه الخلايا تستخدم تقنيات تصنيع النبائط المتناهية الصغر مثل الرسم الهندسي بشعاع الالكترونات e-beam lithography. و لتطوير خصائص الفيلم تستخدم الميكروسكوبات المختلفة مثل SEM, AFM, TEM, and Raman Spectroscopy .
ختاما: إن هذا العصر هو عصر الاقتصاد المبني على المعرفة. حيث يؤدي التعليم، بدءا من التعليم العام وصولا إلى التعليم العالي، دورا أساسيا في تقدم المجتمعات. و لتحقيق هدف استنبات و توطين تقنية النانو في بلادنا الغالية فانه يتحتم علينا العمل في عدد من المسارات بشكل متواز.
في يناير 2006 أعلن سمو الأمير تركي بن سعود بن محمد آل سعود نائب رئيس مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم و التقنية لمعاهد البحوث تأثيث المركز القومي لتقنية النانو ، تلي ذلك بناء إستراتيجية متكاملة لتوطين هذه التقنية. إن الدعم الكريم المقدم من خادم الحرمين الشريفين الملك عبدالله بن عبدالعزيز حفظه الله و رعاه و المقدم لعدد من الجامعات السعودية منها جامعة الملك سعود العريقة يمثل الانطلاقة الأقوى لهذه التقنية في بلادنا الحبيبة و توجيه الاهتمام بهذه التقنية في المنطقة المحيطة و الدول الشقيقة. إن التاريخ سيكتب اسم خادم الحرمين الشريفين بحروف من نور كمؤسس لهذه الثورة العلمية التقنية في المنطقة. ان حقيقة كون علم النانو يقع على مساحة كبيرة من أرضية العلوم - بحيث يشمل الفيزياء، الكيمياء، الأحياء، الهندسة الالكترونية وهندسة التصنيع، الصيدلة و الطب و غيرها من التخصصات الدقيقة ذات الصلة- تؤهل بلادنا للدخول بقوة للمشاركة في النشاط البحثي العالمي في مجال تقنية النانو. فانه و إن قل عدد المتخصصين في كل فرع من العلوم في بلادنا، فانه بالتأكيد يكون عدد المختصين في المجالات ذات الصلة بتقنية النانو يكفي بإذن الله للبدء و المشاركة في صناعة تقنية النانو.
تمت الدراسات السابقة خلال فترة الدكتوراة (اكتوبر 2001- يوليو 2004) و فترة الصيف للأعوام التالية (2005، 2006، 2007)، ضمن برامج مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم و التقنية لأبحاث النانو،في المراكز البحثية التالية بجامعة كمبردج بالمملكة المتحدة:
(1) Nano Science Centre
(2) CAPE (Cambridge Advanced Photonic Electronics)
(3) ME (Microelectronic Research Group)
(4) PCS (Physics and Chemistry of Solids Group)
Suggested References
Books
[1] Principles of Nanotechnology Molecular-Based Study of Condensed Matter in Small Systems, G. Ali Mansoori, World Scientific Publishing Pte. Ltd., Singaphore 2005.
[2] Nanoscience Friction and Rheology on the Nanometre Scale, E. Meyer, R. M. Overney, K. Dransfeld, and T. Gyalog, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., Singaphore 2002.
[3] Nanotechnology Challenges Implications for Philosofy Ethics and Society, Edited by J. Schummer and D. Baird, World Scientific Publishing Pte. Ltd., Singaphore 2006.
Useful Websites
http://www.nanoscience.cam.ac.uk
http://www.london-nano.com/lcn/index2.htm
http://physicsworldarchive.iop.org
http://www.msm.cam.ac.uk/nanoenterprise/lecturers.html
http://www.ntu-singapore.com/mae/?pinid=22866085&gclid=CN-v9vbF9ZACFQ6hQwodeiS31g