دروس في
عِلم وهندَسة مَواد النانُو
مُتضمِّنة معلومات ومهارات وسُلوكِيات
كتابة: نُهى عَلوي الحِبشي
طالبة دكتوراه في علم وهندسة المواد من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية
إهداء
أُهدِي هذه الدروس إلى
كل من يريد التعلُّم عن علم وهندسة مواد النانو
وكل من يريد العمل في هذا المجال
وكل من يريد الإطلاع على منافع هذا المجال
الدرس الثاني : تعريف لعلم مواد النانو
بِسم الله الرحمن الرحيم
الحمد لله خالقي والصلاة والسلام على سَيِّدي محمد رسول الله وعلى آله.
تحفيز
تعرفنا في الدرس السابق على تعريف مختصر لعلم مواد النانو وهو أنه علم يبحث في كل ما يتعلق بالمواد التي أحد أبعادها يساوي أو يقل عن بِضع مئات من النانومتر، وهو أحد فروع علم الطبيعة. وقد تتسائل عن المقصود بـ "كل ما يتعلق بالمواد" وعن مقدار "النانومتر" وعن سبب اختيار هذا المقياس "يساوي أو يقل عن بضع مئات من النانومتر". فتفضل لمعرفة الإجابات في هذا الدرس.
شرح التعريف
1- علم يبحث: يعتمد على البحث العلمي الذي يتضمن جمع المعلومات والملاحظات ثم صياغة الفرضيات ثم إجراء التجارب للتحقق من الفرضيات ثم الاستنتاج وصياغة القوانين والنظريات، ثم عرضها على الأقران والنظراء المتخصصين لتقييمها ونشرها في المجلات العلمية والمؤتمرات والكتب وغيرها.
2- كل ما يتعلق بالمواد: أي الحقائق والمفاهيم والمبادئ والقوانين والنظريات التي تصف وتفسر وتتوقع العلاقات بين تحضير وتوصيف المواد، مثل كيفية التحكم بتغيير أحد خصائص مادة معينة بتغيير أحد العوامل في طريقة تحضير تلك المادة.
3- أبعاد: قياس الأطوال مثل طول ضلع وقطر كرة وقطر أنبوب وسُمك شريحة.
4- بِضع: "ما بين الثلاث إلى التسع في العدد"1
5- نانومتر: وحدة قياس للأطوال تساوي جزء من مليار جزء من المتر (1نانومتر=10-9متر)
والمقصود أن مواد النانو هي المواد التي يكون طول أحد أضلاعها أو قطرها أو سُمكها يساوي أو يقل عن 900نانومتر تقريبًا، لأن مسمى مقياس النانومتر ينتهي عند 1000نانومتر (1000نانومتر=1ميكرومتر). وتوجد بعض التعريفات لمواد النانو تحدد أن يكون مقياس أحد أبعاد المادة يساوي 100نانومتر أو أقل، لأن خصائص المواد تتغير غالبًا عندما يكون أحد أبعادها يساوي أو يقل عن 100نانومتر.
ولا يُشترط لتعريف المادة النانوية أن تكون جميع أبعاد المادة عند مقياس النانومتر، بل يكفي أن يكون أحد أبعادها عند مقياس النانومتر. فمثلًا يمكن أن تكون المادة النانوية عبارة عن أنابيب من أحد المواد وطول قطر الأنبوب الواحد منها يساوي 10نانومتر وطول الأنبوب يساوي 10ميكرومتر فتسمى أنابيب نانوية من تلك المادة، ويمكن أن تكون المادة النانوية عبارة عن شرائح وسُمك كل شريحة منها يساوي 1نانومتر بينما يكون طولها وعرضها في مقياس الميكرومتر وتسمى شرائح نانوية.
6- وهو فرع من علم الطبيعة: لأنه يدرس طبائع مواد النانو، ومعنى "طبائع الأشياء: خصائصها وصفاتها" 2. وهو يعتمد على علم الفيزياء وعلم الكيمياء فهو يدرس الخصائص والتغيرات الفيزيائية والكيميائية لمواد النانو.
سبب تميز مقياس النانومتر
اكتشف الكثير من العلماء والباحثين ـ ومازالوا يكتشفون - أن خصائص مواد النانو تكون غالبًا مختلفة عن خصائص نفس المواد عندما تكون أبعادها أكبر من مقياس النانومتر. واكتشفوا أيضًا – ومازالوا يكتشفون - العديد من علاقات تحضير-توصيف المواد، وهي علاقات توضح إمكانية التحكم بخصائص مواد النانو بواسطة التحكم في عوامل وطرق تحضيرها. وسيتم توضيح مثال على هذه العلاقات في الدروس القادمة إن شاء الله.
المهارة المرتبطة بهذا الدرس: البحث عن وسائل مساعدة للتعلم
تعتبر الرسومات التوضيحية والعروض التقديمية والمقاطع المرئية من أهم الوسائل المساعدة في إيصال المعلومات للطالب، بحيث يمكن لرسمة واحدة أن توضح معلومات مترابطة بطريقة جذابة ومختصرة بحيث يسهل عليك فهمها وحفظها. ويمكن لعرض تقديمي واحد أن يلخص لك الكثير من المعلومات. ويمكن لمقطع مرئي واحد أن يتيح لك مشاهدة وسماع محاضرة كاملة أو يُريك كيفية عمل تجربة عملية كاملة أو محاكاة ثلاثية الأبعاد لكيفية عمل أحد الأجهزة. ويوجد في شبكة الانترنت العديد من الرسومات والعروض والمقاطع المرئية التي توضح مقياس النانومتر وغيرها من المواضيع في شتى فروع العلوم.
ومن أشهر مواقع البحث عن الصور بصفة عامة هو موقع www.google.com/images ، ومن طرق البحث عن عروض تقديمية عن موضوع معين هو كتابة الرمز (ppt.) بعد كتابة كلمات الموضوع المراد البحث عنه في موقع www.google.com ، ولا يخفى علينا أن من أشهر مواقع المقاطع المرئية هو www.youtube.com . ولكن علينا ملاحظة أن الكثير من الصور والعروض والمرئيات المتلعقة بمواد النانو في تلك المواقع قد تكون غير دقيقة أو من مصادر مجهولة، لذلك فهي قد تكون مفيدة فقط في حالة الرغبة في الإطلاع على المعلومات المبسطة كنوع من الثقافة والمعرفة العامة. أما في حالة التعلم والبحث العلمي في علم وهندسة مواد النانو فيوجد بعض المواقع المتخصصة والموثوقة، مع عدم الإستغناء عن التعلم والبحث من الكتب والأبحاث العلمية كمراجع أساسية. وسنحتاج لاستخدام بعض تلك المواقع والمراجع في الدروس القادمة إن شاء الله.
الواجب العملي
من أي لغة يرجع أصل كلمة "نانو"؟ أرجو أن ترسل الإجابة – إن أردت أو إن استطعت – في المكان المخصص للتعليقات أسفل هذه الصفحة. كما وأرحب بأي ملاحظة أو تصحيح أو سؤال عن هذا الدرس.
القراءة الخارجية
يعتقد بعض الناس أن وحدة النانومتر هي أصغر من الذرة أو أنها أصغر وحدة قياس، وهذا خطأ. فالذرة تقاس بوحدة أصغر تسمى الأنجستروم وهي أصغر من النانومتر بعشر مرات (1أنجستروم=10-10متر)، فمثلاً قطر ذرة الهيدرجين يساوي تقريبًا 1 أنجستروم. وأنصحك أن تبحث في شبكة الإنترنت عن رسم أو مقطع مرئي يوضح مقياس النانومتر بالمقارنة مع أشياء مألوفة لنا وبأحجام مختلفة، فتوسع إدراكك عن مدى صغر وحدة النانومتر.
السلوك المرتبط بهذا الدرس: الأمانة العلمية
بما أننا في هذا الدرس تعرفنا على أن علم مواد النانو يعتمد على البحث العلمي، فعلينا التأكيد على أهمية الأمانة العلمية أثناء كتابة المقالات العلمية وغيرها. ولا تقتصر الأمانة العلمية فقط على الإشارة إلى أسماء الباحثين وذكر المراجع عندما نستشهد بنتائج الأبحاث السابقة، بل تشمل الأمانة العلمية أيضًا أن نتحرى الدقة أثناء إجراء التجارب وعدم تزوير النتائج. وأغلب الثقافات والحضارات حول العالم تتفق على أهمية قيم الأمانة والصدق. وفي الدين الإسلامي نجد أن التزوير والكذب أمر منهي عنه بشدة في العديد من الآيات القرآنية والأحاديث النبوية، ومنها قول الله تعالى: ﴿وَاجْتَنِبُوا قَوْلَ الزُّورِ﴾3 وقول الزور هو كل بيان كاذب4.
وصلى الله على سَيدنا محمد وعلى آله، والحمد لله رب العالمين.
المراجع
1 معجم المعاني الجامع، الموقع الإلكتروني: قاموس ومعجم المعاني متعدد اللغات والمجالات، كلمة:بِضْع، http://www.almaany.com/
2 معجم المعاني الجامع، الموقع الإلكتروني: قاموس ومعجم المعاني متعدد اللغات والمجالات، كلمة:الطبيعة، http://www.almaany.com/
3 القرآن الكريم، سورة الحج، الآية 30
| 
