ساينتفيك أمريكان/أنابيب نانوية مفيدة

تتجه الحاجة إلى التصنيع على المستوى الجزيئي نحو الإلكترونيات التجارية القائمة على الكربون. تُستخدم التطورات في تكنولوجيا النانو حاليًا لتطوير شاشات مرنة وموصلات متطورة ودوائر إلكترونية دقيقة والمزيد

جي آر مينكل، مجلة ساينتفيك أمريكان

لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه حتى يحدث الأنبوب النانوي الرفيع - وهو عبارة عن شبكة سداسية من الكربون ملفوفة تبلغ سماكتها حوالي جزء من المليار من المتر - ثورة في مجال الإلكترونيات. إن الحجم الصغير، الذي يجعل المواد النانوية جذابة للغاية مثل المكونات الإلكترونية للجيل التالي، هو أيضًا العائق الذي يجعل معالجتها بأعداد كبيرة صعبة للغاية. ولذلك يأمل الباحثون في هذا المجال تسويق الأجهزة من خلال الاستفادة من تقنيات التصنيع الحالية. وخلال العام الماضي، شهدنا أيضًا العديد من الأمثلة التي توضح كيفية دمج المكونات النانوية في عمليات الإنتاج العادية، بالإضافة إلى نشر تقرير يوضح اللوائح التنظيمية لتنظيم العمل بالمواد النانوية.
في مايو 2005، كشف مختبر أبحاث العلوم الفيزيائية التابع لشركة موتورولا عن نموذج أولي لشاشة تلفزيون عالية الدقة تحتوي على سطح زجاجي مطلي بمجموعة زيفاني من الأنابيب النانوية بدلاً من أنبوب أشعة الكاثود. تتشكل الأنابيب النانوية عادة في صفائف مرتبة فقط عند درجات حرارة أعلى من 1,200 درجة مئوية، لكن جيمس جيسكي من شركة موتورولا وزملاؤه تمكنوا من تطوير محفز معدني خفض درجة الحرارة العتبة إلى بضع مئات من الدرجات فقط.

حتى الأفران العادية المستخدمة لترسيب طبقات السيليكون الرقيقة يمكن أن تصل إلى درجات الحرارة المنخفضة هذه. قامت الشركات الأخرى التي قامت ببناء شاشات تعتمد على الأنابيب النانوية بتوزيع الأنابيب بترتيب عشوائي داخل ركيزة تشبه المعجون. لكن دقة هذه الشاشات أقل، كما أن استخدامها يتطلب مرشحًا يزيد من تعقيد عملية إنتاجها.

تعتبر الأنابيب النانوية أيضًا في قلب محاولة إنشاء شاشات مطبوعة من مكونات بوليمرية مرنة - وهي إلكترونيات تسمى الإلكترونيات المرنة. قامت العديد من المجموعات البحثية بخلط الأنابيب النانوية مع بوليمر مرن لتحسين التوصيل الكهربائي للمادة. أعلنت مجموعة من مركز البحث والتطوير التابع لشركة دوبونت في صيف عام 2004 عن أول طباعة لمثل هذا البوليمر على الأسطح الكبيرة باستخدام التكنولوجيا الحالية. تستخدم هذه التقنية، التي تسمى الطباعة الحرارية، الليزر لإذابة البوليمر ودمجه في الركيزة، على غرار عملية الكي. في عام 2005، أفاد الباحثون عن طباعة بوليمرات موصلة وشبه موصلة وعازلة على نفس السطح.

والسؤال الذي يطرح نفسه في الخطوة التالية هو كيفية تحويل صفائف الأنابيب النانوية إلى أجهزة أكثر تعقيدًا بطريقة مناسبة. تمكن برادلي ج. نيلسون من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيوريخ من ترتيب مئات وحتى آلاف الأنابيب النانوية متعددة الجدران على أقطاب كهربائية صغيرة وفيما بينها. ويتم ذلك عن طريق تطبيق مجال كهربائي عادي ثنائي الأبعاد على تعليق الأنابيب. لذا فهو يحرق الطبقات العليا من الأنبوب حتى تتقشر، أو يكسر الأنابيب في المنتصف، أو يلفها بطرق أخرى لإنشاء مكونات يتم التحكم فيها كهربائيًا: بواعث الضوء، ومولدات الحركة الدوارة، ومولدات الحركة الخطية المتداخلة. يمكن استخدام صفائف من هذه الأجهزة، من بين أشياء أخرى، ككاشفات كيميائية شديدة المقاومة، أو كبواعث ضوئية ذاتية التركيز.

والمشكلة الأكثر صعوبة هي كيفية بناء دوائر إلكترونية دقيقة من الأنابيب النانوية أو الأسلاك النانوية الأخرى. يقوم مصنعو الرقائق اليوم ببساطة بحرق النمط الذي يريدونه على الرقاقة. كان الباحثون في مختبرات هيوليت باكارد (HP) من بين أول من اقترح بناء دوائر نانوية بمساعدة العديد من الأسلاك النانوية المبنية في بنية ثنائية ونصف (مصفوفات العارضة). من الممكن إنشاء مثل هذا النظام الثنائي والنصف في عملية التجميع الذاتي الكيميائي بتكاليف منخفضة. التنشيط الكهربائي لبعض نقاط التقاطع بين الأسلاك النانوية سوف يؤدي في الواقع إلى إنشاء الدائرة. وقد تمكن نفس الباحثين مؤخرًا من عرض شرائح مصنوعة من نظامين ونصف من الأسلاك النانوية عمليًا. ووجدوا أن دمج مكونات أكثر من اللازم في النظام يجعل من الممكن التغلب على معدل العيوب المرتفع في الأنابيب، ومع ذلك حشر أجهزة أكثر بمائة مرة من رقائق اليوم في وحدة مساحة.

في السنوات الأخيرة، كان واضعو السياسات منزعجين للغاية من مسألة ما إذا كان ينبغي تنظيم استخدام المواد النانوية في اللوائح وكيفية القيام بذلك. تخترق الجسيمات النانوية الخلايا الحية بسهولة أكبر من الجسيمات الأكبر حجمًا. وفي صيف عام 2005، وبعد بحث دام عامًا، خلصت الجمعية الملكية البريطانية والأكاديمية الملكية للهندسة إلى أن المواد النانوية المنتجة بكميات كبيرة يجب أن تصنف في تصنيف كيميائي جديد في اللوائح الحالية في المملكة المتحدة أو الاتحاد الأوروبي، وأوصى ببدء دراسات السمية على الفور.

متذوق تكنولوجيا النانو
إلى موقع Scientific American الإلكتروني باللغة العبرية حيث يمكنك أيضًا شراء اشتراك في المجلة
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~394260174~~~57&SiteName=hayadan