يعتبر تصغير حجم الحبيبات البلورية المكونة للمادة والتلاعب في مقياسها وأشكالها من أهم العيوب التي تتخلف عن توظيف تقنيات تكنولوجيا النانو في تصميم المواد وتصنيعها، وذلك بالطبع من وجهة نظر علماء البلورات الذين يحكمون على جودة البلورة وفقا لمدى تطابقها مع النظام البلوري النموذجي الذي من المفترض أن توجد عليه. أما علماء تكنولوجيا النانو، فقد لا يعتنون كثيرا بمثالية شكل وحجم بلورات المادة بقدر اهتمامهم بتحسين ومضاعفة خواص المادة، وهذا يتأتى من خلال تصغير مقاييس أبعاد الحبيبات البلورية لها إلى أقل من 100 نانومتر.

الشكل (3–5): صورة مجهرية أخذت بواسطة المجهر النافذ الإلكتروني عالي الدقة توضح التركيب الداخلي لعينة إحدى السبائك الفلزية المخلقة ⁽¹¹⁾. من قبل مؤلف هذا الكتاب، حيث تتألف من حبيبات نانونية الأبعاد (أ إلى ز) تفصل بينها خطوط وهمية تعرف باسم حدود الحبيبة. ويلاحظ من الشكل، كثافة وجود ذرات المادة داخل اللب الداخلي للحبيبات، بينما يقل وجودها على طول الحدود الفاصلة بينها.

ويبين الشكل (3–5) صورة مجهرية أُخذت بواسطة الميكروسكوب النافذ الإلكتروني لعينة فلزية توضح التركيب الداخلي للمادة ومتاخمة حبيباتها بعضها لبعض تلك المشار إليها في الشكل برموز الحروف الأبجدية (أ–ز). ومن الملاحظ أن العينة تتألف من حبيبات نانوية صغيرة تتراوح أبعادها من 7 نانومترات إلى نحو 30 نانومترا. وإذا ما نظرنا جيدا إلى الشكل فسوف نلاحظ وجود خطوط وهمية أفقية وأخرى مائلة تمثل أماكن وجود ذرات المادة التي تتكاثف أعدادها داخل الحبيبة الواحدة بينما يقل وجود هذه الذرات على المناطق الفاصلة بين الحبيبات.. وإذا ما افترضنا أننا قمنا بفصل تلك الحبيبات بعضها عن بعض عند مناطق حدودها البينية الفاصلة بينها، فسنجد أن كثافة وجود الذرات على السطح الخارجي الذي نشأ عن فصل الحبيبة «هـ» (على سبيل المثال) قد ازداد، حيث إنها – أي الذرات – لم تعد تكمن داخل لب الحبيبة، كما هو موضح بالشكلين (3–6) و(3–7).

الشكل (3–6) رسم توضيحي يبين (أ) شكل الحبيبة «هـ» بالشكل السابق بعد أن فصلت عن جاراتها من الحبيبات المتاخمة (أ، ب، ج، د، و) حيث أتيح للذرات أن توجد عند مناطق حدود أسطحها الخارجية، كما هو موضح بتكبير أعلى في الشكل (3–7). وتزداد النسبة المئوية لكثافة الذرات على الأسطح الخارجية للحبيبة كلما تناقصت مقاييس أبعادها، كما هو مبين بالرسم في الشكلين «ب» و«جـ».

ومن خلال تناول العديد من نتائج الأبحاث المنشورة الخاصة بدراسة تأثير حجم الحبيبات على الخواص المختلفة للمادة، فقد ثبت أنه إذا ما تم التحكم في أقطار وأبعاد حبيبات المواد بحيث يتم تصغيرها إلى ما دون 5 نانومترات فإن مردودا إيجابيا على جميع خواص المادة ^(12–15). فكلما صغرت أقطار حبيبات المادة لتصل إلى نحو 3 نانومترات فإن نحو 50 في المائة من العدد الكلي للذرات الموجودة في الحبيبة الواحدة تتركز على سطح الحبيبات في مناطق الحدود الفاصلة بينها، مما يعني زيادة في الكثافة العددية للذرات الموجودة في تلك المناطق.

الشكل (3–7) صورة مجهرية أخذت بواسطة المجهر النافذ الإلكتروني عالي الدقة توضح التركيب الداخلي للحبيبة «هـ» المبينة في الشكلين (3–5) و(3–6) ووجود الذرات داخل لب الحبيبة وعلى حدودها الخارجية.

______________________________________
هوامش

(11) من أرشيف النتائج البحثية لمؤلف هذا الكتاب التي لم تُنشر بعد.

(12) محمد شريف الإسكندراني: التقانة النانوية لدفع قاطرة التنمية مجلة التقدم العلمي – مؤسسة الكويت للتقدم العلمي، العدد 66 أكتوبر 2009، الصفحات 25– 33.

(13) M. Sherif. El–Eskandarany, J. of Alloys Comp. Vol. 391 (2005) pp. 228–235.

(14) Michael U. Niemann, et al,. Nanomaterials for Hydrogen Storage Applications: A Review. Journal of Nanomaterials. Vol. 10 (2008) Article ID 950967, pp. 1–9.

(15) Nam–Jung Kim et al., Current Applied Physics. Vol. 9 (2009) pp. 643–646.