المال أكبر من جزيئات النانو

في الأشهر الأخيرة، بدأت حوالي اثنتي عشرة شركة في مجال تكنولوجيا النانو في بيع منتجات مبتكرة، حتى أن بعضها تجاوزت مبيعاتها علامة المليون دولار * يهدف اتحاد NES، الذي سيوحد شركات الصناعة والباحثين الأكاديميين، إلى التطوير المشترك للتطبيقات الرائدة باستخدام الأنابيب النانوية

تم نشر المقال في مجلة الصناعات

على مدى العقد الماضي، بدا مجال تكنولوجيا النانو وكأنه خيال علمي. في سلسلة من المقابلات التي أجريناها ل مؤتمر النانوتكنولوجي 2009 سيعقد في شهر مارس في القدس، اتضح أن المكونات التي بالكاد يمكن رؤيتها تحت المجهر الإلكتروني تُستخدم كحجر زاوية لصناعة بأكملها، بل إن هناك بالفعل العديد من الشركات الإسرائيلية المتخصصة في هذا الأمر وبيعها بالملايين، وهناك أيضًا جمعية جديدة للمغناطيس تسمى NES Nanotubes Empowerment Solutions)) والتي ستتعامل مع تطوير الأنابيب النانوية التي ستشكل أساس الصناعة للعقد أو العقدين القادمين، والأمر الأكثر إثارة للدهشة هو أن كل هذه المواد النانوية مدمجة، من بين أمور أخرى، في الصناعات الكيميائية التقليدية، وفي الواقع تحسين المنتجات الحالية في هذه المرحلة، وملاحظة مهمة أخرى - حاليًا يتم استخدام مزيج من المواد النانوية السلبية في الصناعة، ولكن المستقبل يحمل أيضًا آلات النانو، والتي ستمكن من تطوير المنتجات التي لا يمكنها حتى يمكن وصفها.

تعد تقنية النانو مصطلحًا شاملاً لمجموعة واسعة جدًا من التطبيقات والتحكم في المواد التي تتراوح أحجامها من نانومتر واحد (مليار من المتر) إلى مائة نانومتر. عدد المجالات المختلفة واسع جدًا ويتضمن من بين أمور أخرى: الفيزياء التطبيقية، وكيمياء المواد والبوليمرات، والكيمياء فوق الجزيئية والمزيد. في الواقع، سنكون قادرين في المستقبل على بناء أي تطبيق مجهري بأبعاد نانومترية وسنكون قادرين على الحصول على مواد مصممة نانومتريًا - أقوى، وأخف وزنًا، وأكثر صلابة، وتصلح نفسها ذاتيًا، وأكثر أمانًا وتتكاثر ذاتيًا؛ الإلكترونيات النانوية، والبصريات الكهربائية، والمغناطيسية؛ طب النانو: العلاج الطبي والتشخيص؛ العمليات النانوية المتعلقة بنوعية البيئة (مثل تحلل النفايات)؛ حفظ الطاقة وتخزينها؛ سفن الفضاء الصغيرة للبحث واستغلال الفضاء؛ أجهزة الاستشعار البيولوجية للكشف عن الأمراض المعدية والتهديدات البيولوجية؛ تطبيقات النقل الآمن والرخيص؛ تطبيقات تكنولوجيا النانو في الأمن القومي.

يقول رافي كوريات، الرئيس التنفيذي لشركة كورال بيزنس المحدودة، هبوعيل بن شيهار داخل INNI، والذي يرأس الكونسورتيوم الناشئ، إنه في السنوات الأخيرة في الأوساط الأكاديمية الإسرائيلية، تم إنشاء حوالي 300 دراسة رائدة، وأن ما لا يقل عن 70 شركة تعمل في هذا المجال (منها 12 بدأت بيع بعضها، حتى أن بعضها بملايين الدولارات).

ووفقا له، فإن الخلفية في مجال تكنولوجيا النانو في إسرائيل آخذة في التعمق. ويشكل حجمها الصغير والقيود المالية تحديات خطيرة لإسرائيل، لكن القادة في الأوساط الأكاديمية والحكومية وقطاع الأعمال اعترفوا بتكنولوجيا النانو كمنصة لضمان استمرار تفوق إسرائيل في البحث والتطوير لعقود قادمة. "إن تكنولوجيا النانو هي خطوة طبيعية لتطوير الاقتصاد الإسرائيلي. في الواقع، صغر حجمنا وإمكانية تركيز الاستثمارات، وعدد صغير من الحواجز التجارية، وإمكانية البناء السريع للنماذج الأولية وفحص الأنظمة ومستوى عال من ضمان الجودة. إن نجاح إسرائيل في مجالات التكنولوجيا المتقدمة يشير إلى ما ينتظرنا في عصر تكنولوجيا النانو.

"السبب في أن المجال ككل أصبح ساخنًا يرجع إلى كونه مجالًا استراتيجيًا - فعندما تنتقل من مجال الميكرو (مثل الإلكترونيات الدقيقة) إلى مجال النانو، يصبح المجال جذابًا في عدة جوانب. تتيح تقنية النانو إنشاء مواد جديدة ذات خصائص خاصة قادرة على حل المشكلات التي لا تستطيع الصناعة الصغيرة التعامل معها. كما أنها تستخدم طريقة البناء العكسي. بدلاً من بناء الأشياء من الأعلى إلى الأسفل، قم بالبناء من الأسفل إلى الأعلى - ابدأ بمكونات النانو وانتقل إلى الأشياء الكبيرة. هناك العديد من المجالات الرائدة في هذه الصناعة، والجزء الرئيسي منها هو مسألة المواد. المواد بجميع أنواعها والتي تبحث فيها عن خواص القوة والوزن الخفيف والحماية الباليستية – الصلابة. المواد التي تساعد صناعة التكنولوجيا الحيوية والطب الحيوي، المجالات في مجال الإلكترونيات النانوية - أشباه الموصلات التي تصل إلى أحجام النانو وتكون قادرة على الحصول على كثافة أكبر من المكونات على السطح - المزيد من الذاكرة، والمزيد من المعالجات لأن هناك العديد من الدوائر لكل وحدة منطقة. مجال آخر يمكن الاستمتاع فيه بتكنولوجيا النانو هو مجال الطاقة بشكل عام، والطاقة الشمسية بشكل خاص، وتوليد الطاقة، ومن المجالات المهمة هو مجال البيئة – تنقية المياه، تقطير المياه، كل ما يتعلق بالبيئة.

التوقعات هي أن مجال تكنولوجيا النانو سوف ينمو اقتصاديا وفي غضون 5-7 سنوات سينتج منتجات بقيمة 1-2 مليار دولار ومن هناك العالم كبير. ستكون السنوات الخمس المقبلة حرجة للغاية، ولكي تكون دولة مثل دولة إسرائيل رائدة وأيضًا لاعبًا مهمًا، نحتاج إلى الاستثمار على المستوى الوطني والبحثي والصناعي أيضًا.

قبل عدة سنوات، قام عدد من كبار الأشخاص بتأسيس منظمة لتشجيع موضوع تكنولوجيا النانو في إسرائيل تسمى INNI - المبادرة الوطنية لتكنولوجيا النانو في إسرائيل، ومن بين مؤسسي الجمعية يمكن تسمية الدكتور دان ميدان الذي أسس شركة Applied Materials، البروفيسور يهوشوا يورتنر ، دان ويلنسكي وآخرين ممن يعملون مع وزارة كبير العلماء للنهوض بالموضوع، بما في ذلك المساعدة في جمع الأموال وتوجيهها إلى هذا المجال.

من أجل النهوض بالمجال ماليا وليس فقط من الناحية البحثية، تم بناء نموذج ثلاثي - النموذج الثلاثي يعني أنه إذا أعطى المانح مبلغ X ووضعت الأكاديمية مبلغا مماثلا في الصندوق، فإن الدولة سوف تكمل مع X إضافية بحيث نحصل على مخصص خاص يزيد من استثمار كل طرف 3 مرات، مثال على ذلك إنشاء مركز تكنولوجيا النانو في التخنيون - تمكنوا من جلب جهة مانحة، مؤسسة راسل بيري . التخنيون ساهم بنفس المبلغ والدولة ساهمت بنفس المبلغ. ويبلغ إجمالي المبلغ المخصص لتطوير نشاط النانو في إسرائيل وفق النموذج الثلاثي 250 مليون دولار على مدى 5 سنوات. وتهدف هذه الأموال إلى تشجيع وتعزيز صناعة تكنولوجيا النانو في إسرائيل - البحث والإنتاج ومواصلة تطوير هذه الصناعة الهامة.

رافي كوريات "في INNI، دوري هو تعزيز التعاون بين الأوساط الأكاديمية والصناعة - أتجول في جميع مراكز تكنولوجيا النانو في إسرائيل وأجد المجالات الأكاديمية التي يمكن العثور على شريك صناعي لها من بين إحدى الشركات. إذا كان هذا الشريك الصناعي في المجال الذي يتعلق بالبحث، ويريد الاستفادة من ثمار البحث، فأنا أقوم بمطابقة الاثنين. تستفيد الأكاديمية من ذلك لأنها تأخذ الأبحاث الأساسية وتحولها إلى تطبيق صناعي (تحصل على إتاوات مقابل ذلك) وستتلقى الصناعة أبحاثًا رائدة وتحولها إلى منتج.

"بعد عملي بين الباحثين والصناعة، أصبح من الواضح أن المجال المهم في إطار تكنولوجيا النانو هو الحاجة إلى إعداد البنية التحتية التكنولوجية الأساسية التي سيتم استخدامها من قبل الأوساط الأكاديمية والصناعة على حد سواء. وجزء مهم من هذه البنية التحتية هو مجال الأنابيب النانوية، وهو مجال عابر للحدود في مجال تكنولوجيا النانو. بالتعاون مع البروفيسور ياكين كوهين من كلية الهندسة الكيميائية في التخنيون وبتشجيع من دان فيلنسكي، قررت أن أقوم بتأسيس الجمعية داخل ماجنت. الأنابيب النانوية هي أنابيب نانوية يمكن من خلال إضافة الأنابيب النانوية إلى مواد أخرى تغيير خصائص نفس المادة والحصول على مادة جديدة ذات بنية وخصائص خاصة. يمكنك تقوية البلاستيك ووضعه في معدن وتقليل الوزن بشكل كبير، ووضعه في مادة معدنية وخلق الشفافية. إنها بالتأكيد تقنية أساسية، وإذا تمكنا من حل العوائق والاختناقات التكنولوجية، فيمكننا إنتاج مواد جديدة ذات خصائص محسنة 10 مرات مقارنة بالمواد الموجودة اليوم."

كجزء من الرابطة، تنظم حاليًا حوالي 15 شركة محتملة وحوالي 25 باحثًا من مؤسسات التعليم العالي من أجل حل المشكلات التكنولوجية لاستخدام الأنابيب النانوية لتطبيقات واسعة، بما في ذلك تطبيقات تقليل وزن المواد، وزيادة القوة، والحماية الباليستية، الخصائص الكهروضوئية - الشفافية أو التعكر، خصائص الموصلية أو شبه الموصلية من خلال دمج الأنابيب النانوية في مادة مصفوفة معينة مع مادة معينة وأكثر. وهذا التقدم سيعطي قفزة إلى الأمام لصناعة بأكملها."

"إن رؤية الجمعية هي تطوير التقنيات الأساسية التي تمكن من استخدام أنابيب الكربون النانوية وغيرها لتطبيقات مختارة ورائدة، مما يؤدي إلى قفزة إسرائيلية إلى الأمام من حيث الميزات والأداء. أهداف الجمعية هي: تحديد المجالات والتطبيقات التي تعتمد على تكنولوجيا الأنابيب النانوية والتي تتمتع بفرصة معقولة لريادة التطبيقات الصناعية؛ تحديد والتغلب على الحواجز والاختناقات التكنولوجية في الطريق إلى التطبيقات ذات الصلة؛ تحديد مصادر المواد الخام العالمية وإنشاء مشروع مشترك للتوريد المنتظم؛ التعاون بين الأوساط الأكاديمية والصناعة: تحديد البرامج البحثية الرائدة والعروض التوضيحية ومجموعات العمل لتقليل الفجوات التكنولوجية وحلها؛ تحديد معايير السلامة والتنظيم المناسب لإدخال التكنولوجيا للتطبيقات الصناعية والانضمام إلى لجان التقييس العالمية في مجال الأنابيب النانوية

احتفظ بالمحرك

إحدى الشركات التي ارتبط اسمها بتكنولوجيا النانو في السنوات الأخيرة هي الشركة الإسرائيلية الناشئة ApNano Materials، التي تعمل على تطوير الطلاءات ومواد التشحيم (NANOLUB) على أساس الجزيئات النانومترية. ويقدر الدكتور مناحيم غانوت، الرئيس التنفيذي للشركة، أن يصل حجم سوق زيوت التشحيم إلى نحو 40 مليار دولار، ومن المتوقع أن يصل حجم مبيعات أبانانو نفسها، حسب قوله، إلى مئات الملايين من الدولارات.

وفي حوار مع "الصناعات" يقول الدكتور جنوت: "لدينا بالفعل منتج يباع في محطات وقود سونول - مادة مضافة لزيوت المحركات وقريبا سيتم بيع منتج آخر أيضا - مادة مضافة لزيوت التتابع (المعروفة بشعبيتها) اسم جير). بالإضافة إلى ذلك، تبيع الشركة بشكل مكثف مواد التشحيم الجافة المعتمدة على تقنية النانو كمواد مستقلة وكتحسين للشحوم والزيوت الموجودة.

وجمعت الشركة، التي لها مكاتب في رحوفوت، 3.5 مليون دولار من مستثمرين أوروبيين وتتجه إلى مجالات جديدة – الطلاءات الطبية ومعدات الحماية. وتم تنفيذ آخر عملية جمع تبرعات بقيمة 38 مليون دولار بعد جمع الأموال. وقد جمعت الشركة حتى الآن 12.5 مليون دولار. "لقد أكملنا زيادة في الإنتاج. نبيع في جميع أنحاء العالم المواد المستخدمة لتقليل الاحتكاك لمختلف الصناعات. رسالتي هي أن تكنولوجيا النانو ليست مجرد شيء جميل للتباهي بما يفعله رئيسنا شمعون بيريز، بل كمجال صناعي عملي وصل إلى الأرض ويتم بيعه الآن بأي ثمن.

"اتضح أن المادة الجديدة تُباع حتى بدون الإعلان المناسب." وأضاف نوت. "كان مقال واحد في آخر الأخبار كافياً لإرسال الأشخاص الذين أرادوا الاحتفاظ بمحركهم إلى محطات سونول وتم بيع المنتج بطريقة غير عادية. تكنولوجيا النانو في العالم هي عبارة عن ضجيج لا نتعامل معه على أنه ضجيج بل كمنتج يصادف أنه يعتمد على تكنولوجيا النانو، بل منتج يعمل مثل أي مادة كيميائية. ولأنها نانو، فهي مادة تتناسب بالتأكيد مع دورها في تقليل الاحتكاك والتآكل لأنها قادرة على التوافق بين أصغر أجزاء الآلات. "يتم إهدار مئات المليارات من الدولارات في العالم بسبب الاحتكاك غير الضروري. وإذا قمنا بتحسين أداء المحرك بنسبة قليلة في المائة، فسنحقق تحسنا في استهلاك الوقود، وخفض انبعاثات الملوثات، وتحسين التوازن البيئي."

كان غانوت عضوًا في مجموعة بحث البروفيسور رشيف تانا التي تعمل في معهد وايزمان، واستنادًا إلى الأبحاث التي أجراها في تلك الأيام باستخدام مادة ثاني كبريتيد التنغستن (لزراعة الخلايا الشمسية)، اكتشف هياكل كيميائية جديدة - الفوليرين. كشفت الأبحاث التي أجراها البروفيسور رشيف في عام 1996 أنه يمكن استخدام الفوليرين كمواد تشحيم. تعتمد المادة على جزيئات كروية نانومترية الشكل (جزء من المليون من المليمتر)، والتي تؤدي عملية التشحيم من خلال التدحرج، على غرار المحامل الكروية. طريقة عملنا هي حتى يومنا هذا تجسيد لذلك البحث، مما يجعل معهد وايزمان أحد الشركاء في الشركة من خلال شركة يادا للأبحاث والتطوير (الذراع التجاري لمعهد وايزمان)، والمستثمرون الماليون في الشركة هم صندوق رأس المال الاستثماري Newton Technology Ventures، وشركاؤه يشمل أيضًا AYYT، الذراع التجاري للمعهد الأكاديمي التكنولوجي في حولون، وAccelerate ومستثمرين أوروبيين من القطاع الخاص.

وفقًا لـ Gnot، حققت شركة ApNano Materials مؤخرًا طفرة عالمية في إنتاج الأنابيب النانوية. يتيح هذا الاختراق إنتاج هذه الجسيمات بكميات تجارية. وتتكون الجسيمات من مادة ثاني كبريتيد التنغستن.

تسمح العملية الخاصة التي تم تطويرها لأول مرة في معهد وايزمان وأتقنتها الشركة بإنتاج أنابيب نانوية ثاني كبريتيد التنغستن، والتي تعد أفضل "ممتصات الصدمات" في العالم. وبسبب هذه الميزة، تعد المادة الجديدة مثالية لإنتاج مواد الحماية الشخصية السترات ودروع المركبات والدروع والخوذات ومصدات السيارات ومجموعة متنوعة من تدابير الحماية الإضافية. الجسيمات الفريدة أقوى بـ 4-5 مرات من الفولاذ وأقوى بـ 6 مرات من مادة الكيفلار، وهي إحدى المواد الأكثر شيوعًا اليوم لإنتاج السترات الواقية.

تمت دراسة مجال تصنيع الأنابيب النانوية المصنوعة من ثاني كبريتيد التنغستن والمواد غير العضوية الأخرى في السنوات الـ 16 الماضية على يد البروفيسور رشف تانا من معهد وايزمان عندما كان الإنتاج بكميات صغيرة. واستنادًا إلى المعرفة المكتسبة في معهد وايزمان، قامت شركة ApNano Materials ببناء منشأة إنتاج فريدة من نوعها، تقع في يافني، والتي تمكن من إنتاج الجسيمات بكميات تجارية. ويشير أهارون فويرستين، رئيس مجلس إدارة شركة أبنانو للمواد، إلى أن الجزيئات الرفيعة التي تشبه الأنابيب تفتح أسواقًا جديدة للشركة مع إمكانية تحقيق إيرادات كبيرة.

الصمامات لكل كيلو (لامدا)

يقول موشيه أورون، كبير العلماء في كيلولامبدا، إنه في السنوات الأخيرة تم استثمار مبلغ ضخم من المال في الأبحاث في مجال تكنولوجيا النانو في إسرائيل. تم إنشاء العديد من المراكز، سواء في التخنيون أو في جامعة تل أبيب، في القدس أيضًا، وتم استثمار الكثير من الأموال في أبحاث تكنولوجيا النانو مع العلم أو الاعتقاد بأن هذا المجال، الجديد تمامًا، من شأنه أن يحل العديد من المشاكل المستعصية. ومن تلك الدراسات، لا توجد حتى الآن مصانع كبيرة تنتج، ولكن هناك بدايات.

"إحدى الشركات التي توجد فيها البداية هي شركة كيلولامبادا. تأسست الشركة في عام 2001 وكان هدفها في ذلك الوقت هو إنتاج مكونات لصناعة الاتصالات التي تعتمد على تكنولوجيا النانو. وكما نتذكر جميعا، ففي أعقاب انفجار فقاعة الإنترنت، حدثت أزمة. ولذلك قمنا ببعض التغييرات لأنها أوصلتنا إلى سلة من المنتجات في مجال الاتصالات والألياف وكذلك في مجالات أخرى، وكلها في تقنيات النانو".

"لقد اخترعنا في كيلولامبدا ملحقين للاتصالات عبر الألياف - أحدهما هو الصمام البصري السلبي الذي يوقف نقل الضوء في الألياف عندما تكون الطاقة كبيرة جدًا وقد تعرض الألياف للخطر. والمنتج الثاني هو المحدد البصري - الذي يحد من كمية الضوء التي تمر عبر الألياف إلى كمية معينة. يتم توزيع هذين المكونين في جميع أنحاء العالم بمساعدة التعاون الذي قمنا به مع شركتين كبيرتين - نيوبورت التي توزعنا في المختبرات والأخرى موليكس - مورد كبير للألياف الضوئية التي تبيع منتجاتنا كجزء من الحزمة الإجمالية التي تقدمها لعملائها عملاء. بالإضافة إلى ذلك، تمتلك الشركة أنظمة للحد من الضوء في مرافق المراقبة البصرية، وخاصة للحماية من ضربات الليزر العشوائية.

"تنضم كيلولامدا إلى اتحاد NES بهدف الإشادة بهياكلها النانوية بمساعدة الأنابيب النانوية." يختتم أورون.

كسر الأبواق

في أغنية "براءات الاختراع" لأوري زوهار (كلمات: حاييم حيفر) يتم الحديث عن مصراع: "إنه يفتح مع دوران المقبض إلى اليمين؛ يركب على عجلة ويركب على النوم؛ يحتوي هذا المصراع على ثلاثة أنواع من الصور الظلية؛ يكسر هذا المصراع الأشعة فوق البنفسجية؛ توقف عن كسر الأبواق."

تبيع شركة طلاء هانيتا حاليًا النسخة الحديثة من هذه الستارة - وهي عبارة عن طلاء زجاجي مصنوع من مادة معدنية نانومترية، والتي تنقل ضوء الشمس ولكنها تطرد بعض الحرارة والضوء. ويتم تسويق المادة نفسها على شكل صفائح وأشرطة يتم لصقها على نوافذ السيارات والمنازل.

يقول يواش كرمي، أحد كبار العلماء في هانيتا تسيبوي، وهو فيزيائي حسب المهنة، للصناعات: "بسبب صغر حجمها، فإن إحدى الخصائص المثيرة للاهتمام لجزيئات تكنولوجيا النانو هي أنها لا تبعثر الضوء، فالضوء يتجاوزها. نحن نستخدم هذا خاصية طلاء الألواح التي توضع على النوافذ بجميع أنواع الألوان. الألوان تأتي من جزيئات النانو، ولكن الشيء المميز في هذا هو على النقيض من الجزيئات الأكبر حجما. إذا وضعنا جزيئات أكبر، فسيتحول الضوء إلى اللون اللبني بسبب تشتت الأصباغ. عندما يكون النانو، تحصل على اللون، لكن الطبقة أو الطلاء لا يتحول إلى اللون اللبني، ولكنه يظل شفافًا."

أما البديل غير النانومتري، أي الوضع الحالي في السوق، فهو أن الصفائح مصبوغة بدهانات ذات أساس عضوي. وهذه المواد تتلاشى في الشمس بسرعة كبيرة وتفقد لونها أو يتغير. جزيئات النانو هي جزيئات من مركبات مستقرة للغاية، لذلك لا يبهت اللون. كل ما هو مطلوب هو طلاء أفلام النوافذ بألوان نانومترية لا تبهت."

هل هذا منتج قيد التطوير؟

الكرمي: "إنه بالفعل منتج تجاري، ننتجه بكميات كبيرة ونوجهه إلى أسواق أخرى. وكجزء من الاتحاد، فإن المجال الذي نتعامل معه هو الطلاءات الموصلة للكهرباء الشفافة تمامًا. بهذه الطريقة يمكننا بناء أقطاب كهربائية شفافة ومرنة. وتستخدم الأقطاب الكهربائية الشفافة من هذا النوع، على سبيل المثال، في شاشات LCD، وفي هذه الحالة على الألواح الزجاجية. ولكن هناك العديد من الاستخدامات في الأجهزة الإلكترونية، وفي الواقع في أي مكان حيث تكون هناك حاجة إلى مساحة موصلة كبيرة وشفافة. ومن بين أمور أخرى، يمكننا أن نجمع بين طبقات الزجاج الأمامي للسيارة سلكاً كهربائياً لتسخين وإزالة الجليد والبخار (السخانات الشفافة). وبما أن هذه هي النافذة الأمامية، فيجب أن تظل شفافة، ولا يمكن ضمان ذلك إلا بتقنية النانو.

تكنولوجيا النانو - الحذر سيمنع تكوين الفقاعة