تاريخ الفيزياء
علماء الفيزياء
الفيزياء الكلاسيكية
الميكانيك
الديناميكا الحرارية
الكهربائية والمغناطيسية
الكهربائية
المغناطيسية
الكهرومغناطيسية
علم البصريات
تاريخ علم البصريات
الضوء
مواضيع عامة في علم البصريات
الصوت
الفيزياء الحديثة
النظرية النسبية
النظرية النسبية الخاصة
النظرية النسبية العامة
مواضيع عامة في النظرية النسبية
ميكانيكا الكم
الفيزياء الذرية
الفيزياء الجزيئية
الفيزياء النووية
مواضيع عامة في الفيزياء النووية
النشاط الاشعاعي
فيزياء الحالة الصلبة
الموصلات
أشباه الموصلات
العوازل
مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة
فيزياء الجوامد
الليزر
أنواع الليزر
بعض تطبيقات الليزر
مواضيع عامة في الليزر
علم الفلك
تاريخ وعلماء علم الفلك
الثقوب السوداء
المجموعة الشمسية
الشمس
كوكب عطارد
كوكب الزهرة
كوكب الأرض
كوكب المريخ
كوكب المشتري
كوكب زحل
كوكب أورانوس
كوكب نبتون
كوكب بلوتو
القمر
كواكب ومواضيع اخرى
مواضيع عامة في علم الفلك
النجوم
البلازما
الألكترونيات
خواص المادة
الطاقة البديلة
الطاقة الشمسية
مواضيع عامة في الطاقة البديلة
المد والجزر
فيزياء الجسيمات
الفيزياء والعلوم الأخرى
الفيزياء الكيميائية
الفيزياء الرياضية
الفيزياء الحيوية
الفيزياء العامة
مواضيع عامة في الفيزياء
تجارب فيزيائية
مصطلحات وتعاريف فيزيائية
وحدات القياس الفيزيائية
طرائف الفيزياء
مواضيع اخرى
طرق تحضير المواد المتناهية في الصغر (Nanomaterials Synthesis)
المؤلف:
أ.د. محمود محمد سليم صالح
المصدر:
تقنية النانو و عصر علمي جديد
الجزء والصفحة:
ص58
2025-02-04
110
إن للخواص الفيزيائية والكيميائية للمادة الخام المستخدمة في تحضير المواد النانوية دورًا مهما، وذلك خلافاً لما يحدث عند تحضير وتصنيع المواد المحسوسة ( الحجمية). فقد اكتشف العلماء أن بعض المركبات عندما تصنع بأحجام نانومترية فإنها تكتسب خواص فريدة، لا تتوافر لها عندما تكون في الحجم المحسوس، وعلى الرّغم من تطابق التكوين الكيميائي في الحالتين فإن المادة النانومترية المتناهية في الصغر تكتسب صفات وخواص كهربية وضوئية ومغناطيسية استثنائية بسبب الترتيب الجديد الذي تأخذه الذرات، فالبورسلين مثلا يعد مادة مهمة، ولكنها هشة، وسبب هشاشتها يرجع إلى الفراغ الذي بين جزيئاتها (المكوّنة من الرمل) ، وهو كبير نسبيا، مما يقلل تماسكها. كما يمكن أخذ البورسلين الموجود في الصحون المكسورة مثلاً، وتفكيكه إلى مكوناته الذرية الصغرى، ثم إعادة ترتيب هذه المكونات لنحصل على بورسلين أقوى من الحديد بحيث يمكن استعماله في البناء، أو في صناعة سيارات خفيفة الوزن، ولا تحتاج إلى وقود كثير. وهناك مثال آخر مفاده أن البترول يتشابه في تركيبه مع مواد عضوية كثيرة؛ لذا فإن تقنية النانو تمكننا من صناعة مكونات بترولية من أي نفايات، أو مخلفات عضوية بعد تفكيكها إلى مكوناتها الذرية، ثم إعادة تجميعها؛ لنحصل على بترول . وبناء على هذا المفهوم يمكن صناعة التيتانيوم ( الذي يعد أشد المعادن صلابة على الأرض، وتصنع منه مركبات الفضاء)، من أي خردة معدنية. كما يمكن صناعة ملابس عادية واقية من الرصاص من النفايات، والمخلفات، وغيرها من التطبيقات التي تعد بمنزلة انقلاب جذري في العلاقة بين الصناعة
والمواد الأولية، بل لدى مجمل نظام التبادل الاقتصادي العالمي .
وتتوقف الخواص المختلفة للمنتج النانوي على كيفية التحكم في البنية المجهرية الداخلية للمادة المستخدمة في تصنيع المنتج، وحجم حبيباتها، كما يتوقف ذلك على الطريقة والأسلوب المستخدم في إنتاج المادة النانوية (انظر الشكل 1). وهناك طرق كثيرة؛ لتصنيع المواد النانوية، وقد قسمت إلى قسمين رئيسين (انظر: الشكل رقم 2-5): أحدهما من القمة إلى أسفل Top-down) ، حيث تكسر المادة الأصلية ( الكبيرة) شيئاً فشيئاً حتى الوصول إلى الحجم النانوي. وتستخدم عدة طرق لتحقيق ذلك منها : الحفر الضوئي، والقطع ، والطحن والتفتيت. واستخدمت هذه التقنيات في الحصول على مركبات إلكترونية مجهرية كشرائح الحاسب، وغيرها. أما الطريقة الثانية فتبدأ من أسفل إلى أعلى (Bottom-up) ، بعكس الطريقة الأولى ، حيث تبنى المادة النانوية انطلاقاً من ذرات وجزيئات ترتب؛ للوصول إلى الشكل والحجم النانوي المطلوب وتدخل هذه الطريقة في الغالب ضمن طرق كيميائية، وتتميز بصغر حجم المواد المنتجة، وقلة الفاقد والحصول على روابط قوية للمادة النانوية المنتجة.
ولو نظرنا إلى القسم الأول ( من القمة إلى الأسفل)، لوجدنا أن بعض التقنيات التي ظهرت منذ أكثر من 50 سنة تمكنت من تحضير حبات من المادة ذات أبعاد صغيرة جدا. ومن هذه التقنيات: تقنيات التبريد السريع، والكيمياء العذبة، أو تقنيات صول- جل (sol-gel)
شكل دورة تصنيع المنتج النانوي
كما توجد تقنيات أخرى تسمح بتحضير جزيئات بأبعاد صغيرة جدا، مثل: القوس الكهربائي، والليزر، والبلازما، أو المويجات. وهكذا حصل على حبات ذات أبعاد مقاربة لأبعاد العيوب التي تتحكم في بعض خواص المادة، مثل: الانفكاك ( الخواص الميكانيكية) ، وحواجز بلوك (Block) ، والخواص المغناطيسية، والظواهر التي ليس لها مفعول إلا في الحجم النانومتري ( مفعول النفق، ومفعول الحصر). وأما بشأن القسم الثاني ) من الأسفل إلى الأعلى فتبنى الهياكل والمواد بطريقة مضبوطة، وذلك انطلاقاً من الذرات، أو الجزيئات. ويمكن تصنيف طرق تحضير مواد النانو إلى ثلاثة أصناف هي: التحضير بطرق فيزيائية، والتحضير بطرق كيميائية، والتحضير بطرق ميكانيكية.
شكل رقم 2 رسم توضيحي؛ لوصف طرق تحضير المواد النانوية .