النانـــــــــــــــــــــو ... !!

[NOUR alsma]

مدخل ..

تعتمد الدراسات العلمية التى يجريها العلماء على المادة فى حالتها الصلبة إعتماداً رئيسياً على طريقة ترتيب الذرات
والجزئيات المكونة لها .. وعلى مدى دقى النظام الهندسى لهذا الترتيب وهو ما يُعرف بخاصية التركيب البناء البلورى
للمادة ولكى نقف على أهمية هذه الخاصية فى عالم النانو - أى فى عالم المتناهيات فى الصغر إلى جزء من ألف مليون جزء من وحدة القياس
تعتبر ذرات الكربون التى يؤدى إختلاف ترتيبخا فى مواد معينة كالفحم والجرافيت والألماس .. إلى إختلاف كبير بين خصائص هذه المواد .
تابعوا معى التفسيرات .

[NOUR alsma]

فذرات الكربون بترتيب معين تكّون مادة الجرافيت السوداء الناعمة والخفيفة الهشة التى يُصنع منها أقلام الجرافيت المعروفة ..
بإسم أقلام الرصاص فينطبع أثرها على الورق نتيجة الإحتكاك عند الكتابة أو الرسم عليه حيث يلتصق الجرافيت بالورق مكوناً حروفاً وأشكالاً .
وذرات الكربون نفسها بترتيب معين " تركيب بلورى " آخر تكون مادة الألماس التى يخطف لمعانها الأبصار ويحرص ألثرياء
وأصحاب الجاه على إقتناءها والتزين بها وهى مادة عالية الشفافية والكثافة .. فضلاً عن أنها تعد من أصلب المواد الجامدة
ولا يمكن خدشها بأى مادة أخرى لأنها تمثل الدرجة العليا على مقياس الصلابة .
كما أن الألماس على عكس الجرافيت مادة عازلة كهربياً أى أنها غير موصلة للكهرباء .
ومادام الأصل فى المادتين - كما رأينا - من الناحية الكيميائية فلم لا نعيد ترتيب هذه الذرات من الجرافيت ليتحول
إلى ألماس ؟
كان هذا ما سعى الباحثون إلى تحقيقه حديثاً وإستطاعوا تحضير الألماس الصناعى من الجرافيت بإستخدام ضغوط
ودرجات حرارة عالية وأمكن إضافة بعض الشوائب التى تتخذ لها مكاناً فى البنية البلورية للألماس فتكسبة ألواناً جذابه
مما يجعل البعض يفضلونه على الألماس الطبيعى ..!
وبطبيعة الحال لم يفطن الصُناع إلى أنهم بهذا يمارسون تكنولوجيا نانوية على مستوى الذرات من دون أن يروها ..!
ولهذا فإن الجديد فى تكنولوجيا النانو حالياً هو التعامل مع الذرات والجزئيات والمفردة وتحريكها وتشكيلها لبناء مادة نانوية
ذات أبعاد أقل من مائة نانو متر ..

يُتبع ..؛

[زنبقة تناجى ربها]

ويوم شفت يتبع .. قلت فيه تركيب ثالث لذرات الكربون ....

بس على كذا بيصير رخيص الألماس وألا النانو تقنيته تحتاج تكلفة عالية ....

بإنتظارك ومتشوقين للتركيب الثالث إن شاء الله يكون وإلا خلصوا ....

ربى يحفظك ويوفقك ....

[NOUR alsma]

إكتشف العلماء حديثاً صورة رابعة متبلورة لعنصر الكربون تختلف عن الأشكال الثلاثة المعروفة ..
وهى الفحم ، والجرافيت ، و الألماس ..
وقد إكتشف هذه الصورة الجديدة بعض علماء الفلك عندما وجدوا قمماً موجبية غريبة فى طيف الضوء الصادر من بعض أجرام السماء
ولم يعرف أحد دلالتها فى ذلك الحين ولكن العالم البريطانى كروتو والعالمان الأمريكيين كيرل وسمولى تمكنوا فى عام 1985 من تحضير
جزئ جديد للكربون لم يكن معروفاً من قبل ويختلف عن كل من الألماس والجرافيت والفحم وكان هذا الجزئ الجديد يتكون من ستين ذرة
من ذرات الكربون توجد على هيئة كرة مجوفة على سطحها ذرات الكربون التى تتصل معاً على هيئة 12 حلقة خماسية و20 حلقة سداسية
وقد أُطلق على هذا الجزئ الكربونى الجديد إسم الفللورين نسبة إلى المهندس المعمارى الأمريكى بكمنستر فوللر الذى إبتكر القبة المستديرة المجوفة التى تشبه فى مظهرها
الكربون - 60 مما يجعلها خفيفة ومتينة .
وكان البعض قد رأى شبهاً كبيراً بين السطح الخارجى لجزئ الفللورين والشكل الخارجى لكرة القدم فإقتُرح تسمية هذا الجزئ بإسم فوتبولين نسبة إلى
كرة القدم foot ball ولكن هذه التسمية لم تلق قبولاً وأُهملت ويستخدم بدلاً منها أحياناً مصطلح كرات باكى على سبيل التدليل
لأسم المهندس والمخترع الأمريكى مصمم ومنفذ أول قبة كروية الشكل .
وقد تحقق العلماء بعد ذلك من تركيب هذا الجزئ بإستخدام الميكروسكوب الإلكترونى وطيف الرنين النووى المغناطيسى ووجدوا طريقة مناسبة
لتحضيره بالتسامى المحكوم للجرافيت بواسطة التيار الكهربى .
وتجدر الإشارة إلى أن جزئ الفللرين ليس ترتيباً واحداً لذرات الكربون ولكن هناك مجموعة أو عائلة الفللرينات ذات الترتيبات المختلفة لذرات الكربون النقى
وتتخذ أشكالاً متنوعة من تجاويف كروية وبيضاوية وأنبوبية بحسب ما إذا كان العدد الزوجى لذرات الكربون فيها أكبر أو أقل من 60 ذرة
فجزئ الفللرين المتكون من 70 ذرة كربون - مثلاً - له خصائص أخرى تميزه عن غيره من عائلة الفللرينات فهو بيضاوى الشكل
ويمكن ترسيبه على هيئة طبقة رقيقة جداً فوق سطح الفلزات وغيرها مما يجعله صالحاً للإستخدام فى الصناعات الإلكترونية .

يُتبع فهناك صور أخرى للفللرين ..؛؛

[NOUR alsma]

اقتباس المشاركة الأصلية كتبت بواسطة زنبقة تناجى ربها ويوم شفت يتبع .. قلت فيه تركيب ثالث لذرات الكربون .... بس على كذا بيصير رخيص الألماس وألا النانو تقنيته تحتاج تكلفة عالية .... بإنتظارك ومتشوقين للتركيب الثالث إن شاء الله يكون وإلا خلصوا .... ربى يحفظك ويوفقك ....

حفظكِ الله ورعاكِ الأخت الفاضلة ..
ولكن الصور التى تم عرضها 3 وليس 2 فقط لذا نوهت عنها فى الجزء المضاف أى للصور الثلاثة للتذكير
أشكركِ جزيل الشكر للمتابعة ..
تحياتى الفائقة .؛

[NOUR alsma]

وقد إكتُشف مؤخراً أن هناك صورة أخرى للفللرين توجد على هيئة أنابيب رفيعة جداً يتغطى سطحها بحلقات خماسية أو سداسية من ذرات الكربون
وتقفل أطرافها بكرة من الفللرين وأُطلق على هذه الأنابيب إسم أنابيب النانو .. ولا يزيد قطرها على 2.5 نانو متر .
كذلك أمكن تحضير مشتقات جديدة من الفللرين مثل مشتق اللانثانوم ومشتق البورون ومشتق النيتروجين وغيرها وتوجد الذرة المخالفة فى دالخ كرة الفللرين .
ومع تزايد إكتشاف أفراد جديدة فى عائلة الفللرينات زاد إهتمام الباحثين بالكشف عما تمتلكه هذه الجزيئات العضوية من صفات فيزيائية وكيميائية فريدة
ترشحها لتطبيقات جديدة فى الطب والصيدله والصناعة وغيرها ..
فعلى سبيل المثال تبين أن الفللرين يصبح موصلاً جيداً للتيار الكهربى عند تعرضه لبخار البوتاسيوم لأن الإلكترون الخارجى فى ذرة البوتاسيوم
ينتقل إلى جزيئات الفللرين يمكنها أن تمتص جزءاً من الضوء الواقع عليها وهذا يؤهلها لأن تعمل كمرشحات للضوء للحد من شدته كما نجحت بعض التجارب
حديثاً فى تحويل الفللرين إلى ألماس صناعى - كما تم التنويه سابقاً - وتهتم بعض الشركات العالمية حالياً بإنتاج مركبات الفللرين بكميات تجارية


يُتبع لنرى عجائب كربون الجرافين والقلم الرصاص النانوى ..؛

[NOUR alsma]

أحدث عجائب الكربون فى عالم النانو هى صفيحة الجرافين المفردة بسمك ذرة واحدة من ذرات الكربون وعندما تتكدس مع غيرها من الصفائح المماثلة
تُعطى الجرافيت الذى تُصنع منه مادة قلم الرصاص وهذا يعنى أن كل ما يُسطر بقلم رصاص يتضمن كميات صغيرة جداً من الجرافين الذى يمثل إحدى المواد
النانوية الجديدة الأكثر إثارة فى دنيا العلم والتكنولوجيا .
يشتق الجرافيت الذى يتكون من طبقات محددة من ذرات الكربون بعضها فوق بعض وتتألف صفيحة الجرافين من ذرات كربون مترابطة معاً فى شبكة من سداسيات
متكررة فى مستوى سُمك ذرة واحدة ومرت عملية فصل هذه الصفيحة النانوية من الجرافين بمحاولات عديدة يتم فيها فصل بلورات الجرافيت إلى رقاقات يتناقص سمكها
بإطراد وذلك بكشط هذه البلورات أو حكها على سطح آخر .. وفى عام 2000 إستطاع فيليب كيم - وكان حينئذ طالب دراسات عليا فى جامعة كولومبيا - من أن
يحصل على نسخة ذات تقنية عالية من قلم رصاص نانوى تُعطى الكتابة به شرائح من الجرافيت لا يزيد سُمكها على بضع عشرات من الطبقات الذرية و
نلاحظ هنا أن النتيجة ظلت تتمثل فى أن ما حصل عليه كيم ما يزال رقاقة جرافيت وليست صفيحة جرافين .!
وفى عام 2004 قام أندريه جايم أستاذ الفيزياء فى جامعة مانشستر بإنجلترا بمحاولة صُنع عينات من الجرافيت أقل سُمكاً إلى أن توصل إلى جذاذات جرافين
ذات نوعية بلورية عالية الجودة ومستقرة كيميائياً حتى فى درجات حرارة الغرفة !!
وقد أدى هذا الإكتشاف التجريبى للجرافيت إلى إهتمام بحثى دولى عارم فالمادة النانوية الجديدة الجرافين ليست فقط هى الأكثر رقة بين المواد المعروفة
جميعها لأنها بسُمك ذرة واحدة فقط بل هى أيضاً شديدة القوة والقساوة والأهم من ذلك أنها بشكلها النقى أسرع موصلية للإلكترونيات " فائقة التوصيل " فى درجة حرارة الغرفة
من أى مادة أخرى .. ويقوم حالياً المهندسون فى جميع مختبرات العالم بإجراء دراسات مُعمقة لهذه المادة لمعرفة إمكان تصنيعها فى منتجات لها قدرة تَحمل
فائقة وفى وسائط عرض ذكية وترانزستورات فائقة السرعة*

* إستحق العالم الإنجليزى من أصل روسى أندريه جيم أن يحصل على جائزة نوبل فى الفيزياء لهذا العام 2010


يُتبع لنعرف قصة الجرافيت مع القلم الرصاص ..؛

[NOUR alsma]

يقول الفيزيائيان أندريه جاين وفيليب كيم فى مقال لهما بعنوان عالم عجائب الكربون :
ربما يكون مفاجئاً أن تعرف أيها القارئ أن أداة الكتابة الشائعة - قلم الرصاص المتواضع - قد تصدرت فى وقت من الأوقات قائمة الضرورات ذات التقنية العالية ففى الواقع كان قلم
الرصاص البسيط هذا بمثابة عتاد إستراتيجى يُمنع تصديره وربما تستغرب أكثر مما يُقال من أنه كلما سَطر شخص سطراً بقلم رصاص ترك أثراً يتضمن شذرات من المادة الجديدة الأكثر
إثارة فى عالم الفيزياء والتقنية النانوية ألا وهى الجرافين .
ويلخص العالمان المتخصصان فى مجال الخواص النانوية للمواد المتبلورة الثنائية البعد والتى يبلغ سُمكها ذرة واحدة .. قصة الجرافيت مع قلم الرصاص وعائلة الفللورينات
فيذكران أن الجرافيت النقى لم يُعرف إلا فى القرن السادس عشر الميلادى حيث أكتشف الإنجليز مكامن كبيرة منه وأُطلق عليه يوم ذاك إسم بلومباجو .. تعنى
باللاتينية فلز الرصاص وقد إتضح فى الحال إمكان إستعماله فى الخط والكتابة عوضاً عن الحبر وسرعان ما أصبح قلم الرصاص أداة الكتابة والرسم السائدة فى
أوساط المثقفين الأوربيين .
ولكن لم يتضح أن البلومباجو هو كربون وليس رصاصاً لإلا فى عام 1779 م على يد الكيميائى السويدى شيليه وبعد ذلك بنحو عقد من الزمان إقترح الجيولوجى الألمانى
فيرنر أن إطلاق إسم جرافيت على هذه المادة يكون أنسب لأنه مشتق من كلمة يونانية تعنى يكتب وفى الوقت ذاته إكتشف مصنعوا العتاد العسكرى إستخداماً آخر لهذه
المادة الهشة .. لقد وجدوا أنها تُشكل بطانة مثالية لقوالب صب قذائف المدافع وأصبح هذا الإستعمال من الأسرار العسكرية الشديدة الكتمان فعلى سبيل المثال قام
التاج البريطانى أثناء حروب نابليون بحظر تصدير الجرافيت وأقلام الرصاص إلى فرنسا .
وفى العقود الحديثة إستعاد الجرافيت بعضاً من مكانته التقنية الرفيعة الشأن عندما إكتشف الباحثون الخواص والتطبيقات المختلفة والواعدة للأشكال الجديدة فى عالم الكربون رغم أنها
كانت فى متناول اليد على الدوام فهى موجودة على سبيل المثال فى السناج " الهباب " الذى يكسوا أغلفة أجهزة الشواء وإن كانت بكميات صغيرة جداً .
وبالطريقة ذاتها فإن بعض الجرافين لابد وأن يكون موجوداً فى كل اثر خطه قلم رصاص .. على الرغم من أن ذلك لم يلحظ عبر أزمان مديدة .


إنتهى ..؛