الألعاب البهلوانية النانوية

تعتبر أنابيب الكربون النانوية، التي تشبه في بنيتها الماس، وسمكها أقل من ألف من شعرة الإنسان، أحد العوامل الرئيسية في "ثورة الأشياء الصغيرة"، تكنولوجيا النانو

من اليمين: الدكتور شياو مونج سوي، البروفيسور دانييل فاجنر والدكتور لو تشي ليو. ثورة الأشياء الصغيرة

تعتبر أنابيب الكربون النانوية، التي تشبه في بنيتها الماس، وسمكها أقل من واحد في الألف من شعرة الإنسان، أحد العوامل الرئيسية في "ثورة الأشياء الصغيرة"، تكنولوجيا النانو. ويتحدث العلماء بعيدو النظر عن استخدام هذه الأنابيب النانوية لبناء مصعد يربط الأرض مباشرة بالمحطات الفضائية. يقترح آخرون استخدامها لبناء مكونات قوية للغاية وخفيفة الوزن للسيارات وأجزاء الطائرات والجسور والأجهزة الإلكترونية.
ينبع سر قوة أنابيب الكربون النانوية من القوة الكبيرة للرابطة بين ذرات الكربون التي تشكلها، وكذلك من حجمها الصغير: فكلما أصبح حجم الهياكل أصغر، هناك مجال أقل للتعقيدات والمشاكل. أقل خطر وجود عيوب هيكلية خطيرة. ولذلك، ووفقاً للحسابات النظرية، ينبغي أن تكون أنابيب الكربون النانوية هي المادة الأقوى والأقوى والأكثر متانة. إن الجمع بين هذه الأنابيب النانوية مع مواد أخرى قد يؤدي إلى تحسين كبير في قوة المواد (المركبة) المجمعة التي سيتم تصنيعها، وقدرتها على تحمل مختلف الأحمال والجهود الميكانيكية. لكن هل هذه الحسابات صحيحة؟ ونظرًا لصغر حجم الأنابيب النانوية، فمن الصعب فحص خصائصها الميكانيكية. البروفيسور دانيال فاغنر من قسم المواد والسطوح في معهد وايزمان للعلوم، وهو رائد
وقام رواد المجال المتطور الذي يطلق عليه اسم ميكانيكا النانو، بتطوير أساليب أصلية تسمح له بذلك، ويمكن وصفها بـ "ألعاب بهلوانية النانو". في الخطوة الأولى، استخدم العلماء سكينًا
الحلاقة في الأنابيب النانوية التي تبرز مثل أشواك القنفذ. ثم استخدموا مجهر القوة الذرية، AFM، "لجذب" الأنابيب النانوية الفردية حتى تستقيم وتستقر مع وضع أحد طرفيها على شفرة الحلاقة، بينما تم سحب الطرف الآخر إلى "إبرة" مجهر القوة الذرية. يمهد هذا الإجراء الأرض لدفع الأنبوب النانوي إلى بوليمر سائل والذي يتصلب لاحقًا.
عند هذه النقطة، يقوم العلماء بسحب الأنبوب النانوي من البوليمر، باستخدام مجهر القوة الذرية. وبهذه الطريقة يمكن الحصول على نتيجتين: إما أن يتم سحب الأنبوب النانوي سليما، مما يجعل من الممكن قياس خصائص التصاقه، أو أن ينكسر الأنبوب النانوي، ومن ثم يمكن قياس قوته. وبهذه الطريقة، تمكن العلماء بالفعل من اختبار الخواص الميكانيكية للأنابيب النانوية الفردية.
ومؤخرًا، نجح البروفيسور فاغنر وباحثو ما بعد الدكتوراه من الصين، الدكتور لو تشي ليو
والدكتور شياو مونج سوي، لتطوير تقنية تسمح لهم بتشابك الألياف المركبة وإنشاء جديلة منها يمكن استخدامها لتقوية المكونات الصناعية المختلفة في صناعات السيارات والطائرات والفضاء. نُشرت مؤخرًا مقالات تصف هذه الطريقة في المجلات العلمية Advanced Materials وApplied Physics Letters.