تطبيقات تقنية النانو في الصناعة

تُعتبر تقنية النانو واحدة من أحدث الوسائل المُعتمدة في القطاع الصناعي، حيث تلعب دورًا حيويًا في مجموعة متنوعة من المجالات المهمة، ومن بينها:

المجال الإلكتروني

تساهم تقنية النانو في تعزيز أداء الأجهزة الإلكترونية من خلال زيادة سرعتها وكفاءتها، بالإضافة إلى تقليل وزنها واستهلاكها للطاقة.

المجال الغذائي

تدخل تقنية النانو في عدة جوانب من العلوم الغذائية، بدءًا من الزراعة وصولًا إلى التعبئة والتغليف. حيث يتم ابتكار مواد متناهية الصغر تُحدث فرقًا ملحوظًا في نكهة الطعام، سلامته، وفوائده الصحية.

خلايا الوقود

تُستخدم تقنية النانو في تقليل تكاليف المحفزات المستخدمة لاستخلص أيونات الهيدروجين من الوقود في خلايا الوقود، كما تعمل على تحسين كفاءة الأغشية المستخدمة لفصل أيونات الهيدروجين عن الغازات الأخرى.

البطاريات والخلايا الشمسية

يجري حاليًا تطوير بطاريات جديدة تعتمد على تقنية النانو، والتي تتميز بكفاءتها العالية وطول عمرها، مع إمكانية إعادة شحنها بصورة أسرع من البطاريات التقليدية. حيث تساهم النانو في زيادة طاقة البطارية من خلال طلاء سطح الأقطاب الكهربائية بالجسيمات النانوية، مما يزيد من مساحة السطح ويسمح بتدفق أكبر للتيار بين الأقطاب الكهربائية والمواد الكيميائية داخل البطارية.

تعمل هذه التقنية على تحسين كفاءة المركبات الهجينة من خلال تقليل وزن البطاريات اللازمة لتوليد الطاقة المطلوبة، مما يسهم في تحسين العمر الافتراضي للبطارية باستعمال المواد النانوية التي تقوم بفصل السوائل داخل البطارية عن الأقطاب الكهربائية الصلبة عند عدم استخدامها.

كما أن خلايا شمسية تم تطويرها باستخدام تقنية النانو قد شهدت تصنيعها بتكاليف أقل مقارنة بالخلايا الشمسية التقليدية.

الفضاء

من خلال تطبيق تقنية النانو، أصبحت الرحلات الفضائية أكثر سهولة، حيث أدت المواد النانوية إلى إنتاج مركبات فضائية خفيفة، مما قلل من كميات الوقود المطلوبة للصواريخ، وبالتالي تُخفض هذه التطورات من تكاليف السفر إلى الفضاء.

جودة الهواء

تعمل التقنية النانوية على تحسين فعالية المحفزات المستخدمة لتحويل الأبخرة الضارة الناتجة من السيارات والمنشآت الصناعية إلى غازات أقل ضررًا.

تُميز المحفزات المصنوعة من الجسيمات النانوية بأنها تمتلك مساحة سطح تفاعل أكبر مع المواد الكيميائية، مما يعزز فعاليتها من خلال زيادة مساحة السطح؛ مما يسمح بتفاعل كميات أعلى من المواد الكيميائية مع المحفز في وقت واحد.

جودة المياه

تُستخدم تقنية النانو لإيجاد حلول لمشكلات متعددة تتعلق بجودة المياه، ومن أهم هذه المشكلات هو إزالة النفايات الصناعية من المياه الجوفية، مثل مذيبات التنظيف (TCE). حيث يمكن استخدام الجسيمات النانوية لتحويل المواد الكيميائية الضارة إلى مواد آمنة من خلال التفاعلات الكيميائية، وقد أظهرت الدراسات أن هذه الطريقة تُعد من الحلول المثلى للوصول إلى الملوثات الموجودة في المياه الجوفية وبكلفة أقل بكثير مقارنةً بالطرق التي تتطلب ضخ المياه للمعالجة.

المجسات الكيميائية

تُمكّن تقنية النانو أجهزة الاستشعار من اكتشاف كميات ضئيلة جدًا من الأبخرة الكيميائية. حيث يتم توظيف مجموعة متنوعة من عناصر الكشف، مثل الأنابيب النانوية الكربونية أو أسلاك أكسيد الزنك النانوية أو جسيمات البالاديوم النانوية في أجهزة الاستشعار النانوية.

بفضل الحجم الصغير لهذه العناصر النانوية، يكفي وجود كميات ضئيلة من جزيئات الغاز لتغيير الخصائص الكهربائية لعناصر الاستشعار، مما يسهل اكتشاف التراكيز المنخفضة جدًا من الأبخرة الكيميائية.

القماش

تتم صناعة الأقمشة من جزيئات أو ألياف باستخدام تقنية النانو، وبعيدًا عن الأساليب المستخدمة سابقًا، فإنها تعزز خصائص النسيج دون زيادة في الوزن أو السماكة أو الصلابة. وبالتالي، تُنتج أقمشة خفيفة الوزن ومقاومة للبقع بفضل دمج الألياف النانوية في الأقمشة المستخدمة في صناعة الملابس.

الأدوية

تعمل الجسيمات النانوية المتخصصة على نقل الأدوية مباشرة إلى الخلايا المريضة داخل الجسم. ومن المتوقع أن تُساهم هذه الطريقة في تقليل الأضرار التي تتعرض لها الخلايا السليمة خلال العلاجات الكيميائية.

الزراعة

تتمتع تقنية النانو بفوائد متعددة في مجالات الزراعة، الغذاء، مصائد الأسماك، وتربية الأحياء المائية. ويتم تطبيقها في تكنولوجيا الأغذية، حيث تُعتبر المواد النانوية لها خصائص كيميائية وفيزيائية وميكانيكية فريدة من نوعها، مما يساهم في تقليل استخدام المنتجات الكيميائية للوقاية من الآفات، مثل المبيدات، وزيادة إنتاجية المحاصيل.

وتستخدم وسائل تقنية النانو مثل الكبسولات والجسيمات النانوية في الكشف عن الأمراض ومعالجتها، كما تُستخدم الأجهزة المشتقة من تقنية النانو في مجال تربية النباتات والتحولات الجينية.