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 فإنّ المادة النانومترية المتناهية في الصغر تكتسب صفات وخواص كهربية وضوئية ومغناطيسية استثنائية بسبب الجديد الذي الترتيب تأخذه الذرات، فالبورسلين مثلا يعد مادة مهمة، ولكنها هشة وسبب هشاشتها يرجع إلى الفراغ الذي بين جزيئاتها المكوّنة من (الرمل)، وهو كبير نسبيًّا؛ 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 فإنّ 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 ⁽²⁴⁾.

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 رقم 4).

وهناك طرق كثيرة؛ لتصنيع المواد النانوية، وقد قسمت إلى قسمين رئيسين (انظر: الشكل رقم 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 up) - Bottom)، 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 رقم (4) دورة تصنيع المنتج النانوي (24).

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 ⁽⁵⁾.

___________________________________________

هوامش

(5) Dutta, J. and Hofmann, H. Nanomaterials, Electronic Book, 2005.

(24) الاسكندراني؛ محمد شريف. تكنولوجيا النانو من اجل غد أفضل. الكويت: عالم المعرفة (ابريل 2010 م).