Nanoworldعال النانو ل تكن أسرار عال النانو ال وقت قريب مفتوحة للعلماء والباحثي .ومع تقدم العلم وتطور ماهر النانو أصبح العلماء والباحثي قادرين على سب غور هذه التقنية والدخول ال خفاياها ومن ث ماولة تطويعها لدمة البشريه .عال النانو مليئا بالسرار والعجزات وهذا بل شك دليل )على عظمة الالق وصدق ال ( وما أوتيتم من العلم إل قليل -------------------------------------------------------------------------------قبل ظهور النانو كانت تقنية اليكرو هي الستخدمة ف النظمة التقنية ،مثل الشرائح اللكتونية ،حيث تتاوح احجامها ف الدى من اليكرومت ال اليليمت ،واليكرومت
هو مقياس
ُشر حجم قطرة من الرذاذ او الضباب .ويستخدم طول يساوي جزء من الليون من الت او يقابل ع اليكرومت لقياس الطوال الوجية للشعة تت المراء .ومن ويتم تصنيع هذه
Microelectro Mechanical Systems
النظمة اليكروية العروفة النظمة )( MEMSالكهروميكانيكية اليكروية
النظمة بواسطة تقنيات متلفة ،مثل تصنيع شرائح السيلكون الستخدمة ف اللكتونيات ،الكحت الرطب والاف ،والت التفريغ الكهربي .وقد استخدمت الجهزة اليكروية ف عدد كبي من ّات الضغط لقياس ضغط الواء ف اطارات السيارات وقياس الصناعات مثل طابعات الب النفاثه ،مس .ضغط الدم ،القافلت الضوئية الستخدمة ف التصالت وارسال العلومات ومن الواد الستخدمة ف تصنيع الجهزة اليكروية مادة السيلكون حيث تعتب العصب الرئيسي لصناعة الدوائر اللكتونية التكاملة .هذه الادة تعطي عمرا طويل للجهزة وتعمل لدة تتجاوز البليون والتليون دوره بدون عطب .ويكن كذلك استخدام البوليمرات لتصنيع الجهزة اليكروية حيث يكن تصنيعها باحجام كبية وذات خصائص متلفة .واخيا تستخدم الفلزات ف تصنيع الجهزة اليكروية حيث تعطي درجة عالية من العتماديه ،ومن المثلة على الفلزات الستخدمة الذهب، .النيكل ،اللنيوم ،الكروميوم والفضة واليوم تأتي تقنية النانو لتحل بديل عن تقنية اليكرو حيث يكن تصنيع الجهزة الكهروميكانيكية واللكتونية النانوية ،وتقليل حجم جيع تلك الجهزة الستخدمة بقدار الف .مرة عن حجم اجهزة اليكرو ما يؤدي ال تغيي أداء تلك الجهزة ال الفضل أشكال الواد النانوية عند تصنيع الواد بجم النانو فان التكيب الفيزيائي والتكيز الكيميائي للمواد الام الستخدمة ف التصنيع تلعب دورا مهما ف خصائص الادة النانوية الناتة ،وهذا خلفا لا يدث عند تصنيع الواد العادية .تتكب الواد عادة من مموعة من البيبات والت تتوي على عدد من الذرات وقد تكون هذه البيبات مرئية او غي مرئية للعي الردة بناء على حجمها ،ويكن ملحظتها بواسطة اليكروسكوب .ففي هذه الواد يتفاوت حجم البيبات من مئات اليكرومتات ال
.سنتيمتات ،اما ف الواد النانوية فان حجم البيبات يكون ف حدود 100 -1نانومت
:هناك طريقتان لتصنيع حجم نانوي من الادة حيث تبدأ هذه الطريقة بجم مسوس من الادة مل ) (top-downالطريقة الول :من العلى للسفل ّر شيئا فشيئا حت الوصول إل القياس النانوي .ومن التقنيات الستخدمة ف ذلك ُصغ الدراسة وي الفر الضوئي و القطع والكحت والطحن .وقد أستخدمت هذه التقنيات للحصول على مركبات الكتونية مهرية كشرائح الكمبيوتر و غيها .أصغر حجم أمكن الوصول إليه ف حدود 100نانومت .ولزال البحث مستمرا للحصول على احجام اصغر من ذلك حيث تبدأ هذه الطريقة بزيئات منفردة ) (bottom-upالطريقة الثانية :من السفل للعلى ّز تلك ّع ف تركيب أكب .وغالبا مايستخدم ف ذلك الطرق الكيميائية ،وتتمي ُم كأصغر وحدة وت بصغرحجم الادة الناتة (نانومت واحد) بالضافة ال قلة الدر للمادة الصلية والصول على قوة .ترابط بي السيمات النانوية الناتة يكن فحص ودراسة خصائص الواد النانوية والتأكد من تركيبها باستخدام عدد من الجهزة ّاذ ) (SEMو الهر اللكتوني الاسح ) (TEMوالتقنيات العلمية من أهها :الهر اللكتوني النف .ال (XRD) ...مع العوازل
وحيود الشعة السينية ) (AFMو مهر القوة الذرية
يكن تصنيع الواد النانوية على عدة اشكال وذلك بناء على الستخدام القرر لذه الواد ،ومن :اهم هذه الشكال مايلي Quantum dots
النقاط الكمية
عبارة عن تركيب نانوي شبه موصل ثلثي البعاد يتاوح ابعاده بي 2ال 10نانومت ,وهذا يقابل 10ال 50ذرة ف القطر الواحد او تقريبا 100ال 100000ذرة ف حجم النقطة الكمية الواحدة .تقوم النقطة الكمية بتقييد الكتونات شريط التوصيل وثقوب شريط التكافؤ ُبدي اوالكسيتونات (وهي عبارة عن زوج مرتبط من الكتونات التوصيل وثقوب التكافؤ ) .كما ت ّما متقطعا وتكون الدوال الوجية القابلة متمركزة داخل النقاط الكمية طيفا طاقيا مكم النقطة الكمية .وعندما يكون قطر النقطة الكمية يساوي 10نانومت فانه يكن رصف ثلثة مليي .نقطة كمية بانب بعضها البعض بطول يساوي عرض إصبع إبام النسان nanoballs لكنها
الكرات النانوية
C60من أهها كرات الكربون النانوية والت تنتمي إل فئة الفولورينات ،من مادة
ً بالتكيب حيث أنا متعددة القشرة .كما أنا خاوية الركز ،على خلف السيمات تتلف عنها قليل
النانوية ،بينما ليوجد على السطح فجوات كما هي الال ف و قد يصل قطر
النابيب النانوية متعددة الغلف.
ُرات البصل ّاها العلماء ك Bucky ballsوبسبب أن تركيبها يشبه البصل فقد س .الكرات النانوية إل 500نانومت أو أكثر Fullerene
ّن من تركيب نانوي غريب للكربون وهو عبارة عن جزيء مكو
الفولورين
60ذرة من ذرات الكربون ويرمز
وقد أكتشف عام 1985م .إن جزيء الفولورين كروي الظهر و يشبه تاما كرة C60،له بالرمز ً سداسيا .ومنذ اكتشاف كيفية تصنيع الفولورين ً خاسيا و 20شكل القدم الت تتوي على 12شكل ُضر بكميات تارية .كما أمكن الصول على جزيئات بعدد متلف من ذرات الكربون عام 1990م وهو ي ّي هذا التكيب لقد س
C60.إل أن العلماء أبدوا إهتماما خاصا بالزيء C70و C48و C36مثل
R. Buckminster Fuller).
(بالفولورين نسبة للمختع والهندس العماري ر.بكمنست فولر
ُرف أكثر من ّى كيمياء الفولورين حيث ع ُسم وهكذا فقد نشأ فرع جديد ي
9000مركب فولورين
ٍ من هذه الركبات ،ومنها الركبات و K3C60منذ عام 1997م ،وظهرت تطبيقات متلفة لكل كما أكتشفت أشكال (superconductivity).الت أبدت توصيلية فائقة C60-CHBr3و RbCs2C60 ً إل الكروي .أخرى منها كالفولورين الخروطي والنبوبي إضافة nanoballs لكنها
الكرات النانوية
C60من أهها كرات الكربون النانوية والت تنتمي إل فئة الفولورينات ،من مادة
ً بالتكيب حيث أنا متعددة القشرة .كما أنا خاوية الركز ،على خلف السيمات تتلف عنها قليل النانوية ،بينما ليوجد على السطح فجوات كما هي الال ف و قد يصل قطر
النابيب النانوية متعددة الغلف.
ُرات البصل ّاها العلماء ك Bucky ballsوبسبب أن تركيبها يشبه البصل فقد س .الكرات النانوية إل 500نانومت أو أكثر Nanoparticles
على الرغم من ان
السيمات النانويه
كلمة ( السيمات النانوية ) حديثة الستخدام ،ال ان هذه السيمات كانت
موجودة ف الواد الصنعة او الطبيعية منذ زمن قدي .فعلى سبيل الثال ،تبدو احيانا بعض اللوان الميلة من نوافذ الزجاج الصدئة وذلك بسبب وجود مموعات عنقودية صغية جدا من الكاسيد الفلزية ف الزجاج حيث يصل حجمها قريبا من الطول الوجي للضوء .وبالتال فان السيمات ذات الحجام الختلفة تقوم بتشتيت اطوال موجية متلفة من الضوء ما ينتج عنه ظهور .الوان متلفة من الزجاج يكن تعريف السيمات النانوية على انا عبارة عن تمع ذري أو جزيئي ميكروسكوبي يتاوح عددها من بضع ذرات (جزيئ) إل مليون ذرة ،مرتبطة ببعضها بشكل كروي تقريبا بنصف قطر أقل
من 100نانومت .فجسيم نصف قطره نانومت واحد سوف يتوي على 25ذره أغلبها على سطح السيم، وهذا يتلف عن الزيء الذي قد يتضمن عددا من الذرات بأن أبعاد السيم النانوي تقل عن ٍ حرجة لزمة لدوث ظواهر فيزيائية معينة مثل :متوسط السار الر الذي تقطعه أبعاد .اللكتونات بي تصادمي متتالي مع الذرات الهتزة ،وهذا يدد التوصيلية الكهربية ُكوين السيمات النانونية ،فجسيمات السيلكون للتجمع الذري أعدادا سحرية من الذرات لت النانوية ،مثل ،تتكون من أعداد مددة من الذرات وليس عند أي عدد ،لينشأ جسيمات بأنصاف ،1.67
أقطار مددة ،1
2.15و
ّض هذه السيمات لشعة فوق بنفسجية 2.9نانومت فقط .عند تعر
ّع قطر السيم ،وبالتال يكن رؤية ً بلون مرئي طوله الوجي يتناسب عكسيا مع مرب فإنا تبعث ضوء .ألوان مرئية معينة عندما يصل حجم السيمات النانوية ال مقياس النانو ف بعد واحد فانا تسمى البئر الكمي (quantumاما عندما يكون حجمها النانوي ف بعدين فتسمى السلك الكمي (quantum well )، وعندما تكون
هذه السيمات بجم النانو ف ثلثة ابعاد فانا تعرف بالنقاط الكمية wire)،
ول بد من الشارة هنا ال ان التغي ف البعاد النانوية ف التكيبات الثلثة (quantum dots). السالفة الذكر سوف يؤثر على الصائص اللكتونية لا ،ما يؤدي ال حدوث تغيي كبي ف الصائص .الضوئية للتكيبات النانوية تكتسب السيمات النانوية اهية علمية حيث انا تقع بي التكيب الجمي الكبي للمادة وبي التكيب الذري و الزيئي ،حيث تتوي هذه السيمات ف العادة على 106ذرة او اقل ،اما الزيء فانه يكن ان يتوي على 100ذره او اقل وقد يصل نصف قطره ال اكثر من نانو مت واحد .ومن الصائص الهمة وغي التوقعة للجسيمات النانوية هو ان الصائص السطحية للجسيمات تتغلب على الصائص الجمية للمادة .وبينما تكون الصائص الفيزيائية للمادة الجمية ثابتة بغض النظر عن حجمها ،فان تلك الصائص للمادة عندما تصل ال مقياس النانو سوف تتغي وبالتال تعتمد على حجمها ،مثل التقييد الكمي ف السيمات النانوية شبه الوصلة ،رني البلزمون السطحي ف بعض السيمات النانوية الفلزية .ويلحظ كذلك أن النسبة الئوية للذرات السطحية للمادة تزداد وتصبح ذات اهية بالغة عندما يقتب حجم الادة من مقياس النانو ،بينما عندما تكون الادة الجمية اكب من 1ميكرومت فان النسبة الئوية للذرات عند سطحها ستكون صغية جدا .بالنسبة للعدد الكلي للذرات ف الادة ّقها داخل سائل او ملول بدون ان تطفو ومن الصائص الخرى للجسيمات النانوية هو امكانية تعل او تنغمر وذلك لن التفاعل بي سطح السيمات والسائل يكون قويا بيث يتغلب على فرق الكثافة ّ او غمر الادة الجمية ف السائل .بينهما والذي يكون ف العادة مسئول عن طفو لقد امكن حديثا تصنيع جسيمات نانوية من الفلزات والعوازل وأشباه الوصلت والتكيبات
ّنة ( مثل الهج
ّفة ) وكذلك تصنيع ناذج لسيمات نانوية ذات طبيعة السيمات النانوية الغل
شبه -صلبه وهي الليبوزومات.
ومن الصور الخرى للجسيمات النانوية النقاط الكمية شبه
الوصلة والبلورات النانوية .وتعتب جسيمات النحاس النانوية الت يصل حجمها ال اقل من 50 نانومت ذات صلبة عالية وغي قابلة للطرق او السحب وذلك عكس مايدث لادة النحاس العادية .حيث يكن ثنيها وطرقها وسحبها بسهولة Nanotubes
النابيب النانوية
ّع النابيب النانوية ،احيانا ،من مواد غي عضوية مثل اكاسيد الفلزات ( اكسيد تصن الفاناديوم ،اكسيد النجنيز ) ،نيتيد البورون والوليبدينوم ،وهي شبيهة من ناحية تركيبها بأنابيب الكربون النانوية ،ولكنها اثقل منها وليست بنفس القوة مثل انابيب الكربون. وتعد انابيب الكربون النانوية الت اكتشفت عام 1991م
اكثر اهية نظرا لتكيبها التماثل
وخصائصها الثية واستخداماتا الواسعة ف التطبيقات الصناعية ،والعلمية ،وف الجهزة اللكتونية الدقيقة ،والجهزة الطبية اليوية.
يكن وصف انابيب الكربون على انا عبارة عن
ٍ ما لتأخذ الشكل السطواني حيث ترتبط ذرات نايت ّها حول مور شرائح من الرافيت يتم طي الشرية مع بعضها لتغلق النبوب .تكون إحدى نايت النبوب ف الغالب مفتوحة والخرى مغلقة على شكل نصف كره ،كما قد يكون جدار النبوب فردي الذرات وتسمى ف هذه الالة بالنابيب أو ثنائي أو أكثر وتسمى النابيب ( Singl Wall Nanotube) SWNT،النانوية وحيدة الدار يتاوح قطر النبوب بي أقل من نانومت واحد ( Multi Wall Nanotube) MWNT.متعددة الدران إل 100نانومت( اصغر من قطر شعرة الرأس بقدار 50000مرة) ،أما طوله فقد يصل إل 100 ّل سلكا نانويا .للنابيب النانوية عدة أشكال فقد تكون مستقيمة ،لولبية ، ُشك مايكرومت لي متعرجة ،خيزرانية ،أو مروطية وغي ذلك .كما أن لذه النابيب خصائص غي اعتيادية من حيث القوة والصلبة والتوصيلية الكهربية وغيها .كما أن للكربون النانوي أشكال أخرى مثل الكرات النانوية واللياف النانوية.
يتم انتاج انابيب الكربون النانوية بعدة تقنيات
منها ،التفريغ القوسي ،الكحت الليزري ،التسيب بواسطة اول اكسيد الكربون ذو الضغط .العال ،والتسيب بواسطة البخار الكيميائي Nanofibres
اللياف النانوية
لقت اللياف النانوية إهتماما كبيا مؤخرا لتطبيقاتا الصناعية .وقد أكتشف العديد من إن الزء (corn-shaped).أشكالا كاللياف السداسية واللزونية واللياف الشبيهة ببة القمح ً ،وليس أسطوانيا .من أشهر اللياف الانب لليف النانوي النبوبي له شكل سداسي ،مثل النانوية تلك الصنوعة من ذرات البوليمرات .إن نسبة مساحة السطح إل الجم كبية ف حالة اللياف النانوية ،كما للنابيب النانوية ،حيث أن عدد ذرات السطح كبي مقارنا بالعدد ّزة كالصلبة وقوة الشد وغيها ما يؤهلها ُكسب تلك اللياف خواص ميكانيكية مي الكلي ،وهذا ي
بل منافس لستخدامها كمرشحات ف تنقية السوائل أو الغازات ،و ف الطب اليوي وزراعة العضاء كالفاصل ونقل الدوية ف السم و ف التطبيقات العسكرية كتقليل مقاومة الواء ،إل آخره من التطبيقات لسيما بعد تطوير طرق التحضي .هناك أكثر من طريقة لتحضي اللياف البوليمرية، ولزالت تواجه العديد من الصعوبات للتحكم ) (electro spinningمن أشهرها التدوير الكهربي بصائص اللياف الناتة كاستمراريتها واستقامتها و تراصفها Nanowires
االسلك النانوية
هي أسلك بقطر قد يقل عن نانومت واحد وبأطوال متلفة ،أي بنسبة طول إل عرض تزيد عن ُلحق بالواد ذات البعد الواحد ،وكما هو متوقع ،فهي تتفوق على السلك 1000مرة .لذا فهي ت التقليدية (ثلثية البعاد) ،وذلك بسبب ان اللكتونات تكون مصورة كميا باتاه جانب واحد ما يعلها تتل مستويات طاقة مددة تتلف عن تلك الستويات العريضة الوجودة ف الادة الجمية. ّ .وبسبب ُعرف بالتأثي الاف وهنا تتضح أهية الذرات السطحية مقارنة بالداخلية لظهور ماي ّدة خضوعها للحصر الكمي البن على ميكانيكا الكم ،فسيكون لا توصيلية كهربية تأخذ قيما مد تساوي تقريبا مضاعفات القدار 12.9كيلو
ّر ف ُض أوم .1-وهي لتوجد ف الطبيعة ولكنها ت
الختب ،حيث منها الفلزي (كالنيكل والفضة والبلتينيوم ) وشبه الوصل (كالسيلكون ونتات الاليوم وفوسفات النديوم ) والعازل (كالسيليكات واكسيد التيتانيوم ) ،ومنها السلك ُنظر لا كتجمعات الت ي
Mo6S9-xIx , Li2Mo6Se6وغي العضوية (مثل
) ( DNAالزيئية العضوية
بوليمرية) ذات القطر 0.9من النانومت وبطول يصل لئات من الايكرومت.
يكن استخدامها ،ف
ّنات الكتونية دقيقة داخل دائرة صغية او عمل وصلت ثنائية p-nالستقبل القريب ،لربط مكو وكذلك بناء الدوائر اللكتونية النطقية .وقد تستخدم مستقبل لتصنيع الكمبيوتر الرقمي. لذا فتطبيقاتا اللكتونية التوقعة كثية جدا ما سيقود إل الساسات اليوية الزيئية أو تكون متماثلة خاسية ) (spiralالنانوية .للسلك النانوية عدة أشكال فقد تكون حلزونية ّقة من طرفها العلوي الشكل .قد تكون السلك النانوية عند تضيها ف الختب على شكل اسلك متعل ّقة عمل كحت كيميائي او تكون متسبة على سطح آخر .ومن الطرق الستخدمة لنتاج السلك التعل .لسلك كبي او قذف سلك كبي بواسطة جسيمات ذات طاقة عالية Nanocomposites
الركبات النانوية
هي عبارة عن مواد يضاف اليها جسيمات نانوية خلل تصنيع تلك الواد ،ونتيجة لذلك فان ّنا كبيا ف خصائصها .فعلى سبل الثال ،يؤدي اضافة انابيب الكربون ُبدي تس الادة النانوية ت النانوية ال تغيي خصائص التوصيلية الكهربية والرارية للمادة .وقد يؤدي اضافة انواع اخرى من السيمات النانوية ال تسي الصائص الضوئية وخصائص العزل الكهربي وكذلك الصائص اليكانيكية مثل الصلبة والقوة .يب ان تكون النسبة الئوية الجمية للجسيمات النانوية الضافة منخفضة جدا
( ف حدود %0.5ال ) %5وذلك بسبب ان النسبة بي الساحة السطحية ال
ُرى البحوث حاليا للحصول على مركبات نانوية جديدة الجم للجسيمات النانوية تكون عاليه.ت ذات خصائص وميزات تتلف عن الركبات الصلية .ومن الركبات النانوية العروفة الن الركبات .البوليمرية النانوية