إيجاد مساحة في القاع - تاريخ تكنولوجيا النانو ومواد النانو

في محاضرته التي ألقاها عام 1959 في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ريتشارد فاينمان، الفيزيائي العالمي الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء والحاصل على جائزة نوبل في عام 1959، أوضح آفاق تصغير الأجهزة الميكانيكية والإلكترونية التي تجاوزت إلى حد كبير ما كان عليه الحال في تلك الأيام. وبينما كان المهندسون يتحدثون عن الميكرون، اقترح فاينمان الوصول إلى أحجام ومسافات جزيئية. كان عنوان المحاضرة "هناك متسع كبير في القاع". وقد أصبحت منذ ذلك الحين علامة بارزة وخلاصة فرع جديد من فروع العلوم والهندسة - تكنولوجيا النانو.

وكما يحدث غالبًا مع الأعمال الرائدة، فقد استغرق الأمر بعض الوقت حتى تترسخ خيالات فاينمان وتوقعاته وتزدهر. فقد فتح اختراع المجهر النفقي الماسح (STM) عام 1981 أبواب عالم النانو على مصراعيها. حيث لم يسمح المجهر النفقي الماسح ليس فقط بمشاهدة تعقيدات التركيب الجزيئي للمادة، بل سمح أيضًا بالتلاعب بالذرات المنفردة.

بعد فترة وجيزة، في عام 1985، اكتشف العلماء في جامعة رايس الفوليرين، وهي هياكل جزيئية منتظمة تتكون بالكامل من ذرات الكربون. ويدينون باسمهم إلى التشابه الوثيق مع بعض التصاميم الثورية لباكمينستر فولر - المهندس المعماري الأمريكي ذو الذوق في الأشكال الهندسية المعقدة. وسرعان ما أدت التحقيقات المتعمقة في هذا الموضوع إلى العديد من المتغيرات المختلفة للفوليرين، من بينها الأنابيب النانوية الكربونية المعروفة الآن.

ولكن من الناحية المفاهيمية كان كل هذا عبارة عن نسخة مصغرة ودقيقة من العمل اليدوي الذي قام به العلماء، وبدا من الصعب أن تصبح المواد النانوية فعالة من حيث التكلفة. إلى أن نشر إريك دريكسلر في عام 1986 كتابه "محركات الخلق"، حيث استكشف فكرة المجمعات الجزيئية - وهي آلات نانوية مستقلة قادرة على تكرار نفسها (على غرار الأفكار المبكرة لجون فون نيومان)، والتي يمكن أن تعمل بطريقة منسقة وتكون بمثابة نوع من المصانع لعالم النانو. وقد أدى هذا المفهوم إلى قلق متزايد بين التقنيين والعلماء بشأن أسوأ السيناريوهات المحتملة لما يمكن أن يحدث إذا ما انقلبت هذه الآلات.

شهدت الآونة الأخيرة اكتشاف الجرافين - طبقة من ذرة واحدة من الكربون - وطريقة ثورية للحصول عليه، والتي فاز مكتشفوه بجائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010. وبفضل تطبيقاته التقنية المتعددة، يعتبر الجرافين الموضوع الأكثر سخونة حالياً في مجال تكنولوجيا النانو. ومع استخداماته المحتملة التي تتراوح بين الإلكترونيات عالية السرعة والتخزين الفعال للطاقة والمكونات فائقة المتانة، قد يصبح قريباً منتشراً في كل مكان في حياتنا اليومية.

واليوم لا تزال قصة تكنولوجيا النانو بعيدة كل البعد عن النهاية ونرى اختراقات علمية بشكل شبه منتظم. ومع الجدوى المالية المتزايدة والعمليات الهندسية الأكثر تطوراً من أي وقت مضى، فإننا بالتأكيد نقترب من ثورة حقيقية في مجال تكنولوجيا النانو على نطاق عالمي.