پڕۆفیسۆر لە بواری تەکنەلۆژیای نانۆ-بەشی فیزیا-زانكۆی نێودەوڵەتیی تشك
زۆرجار دەوترێت، هەندێک لە سوپرایزە گەورە کان بە پاکێجی بچووکەوە دێن. ئەم قسەیە بە تەواوی لە گەڵ دۆخی تەکنەلۆژیای نانۆدا (Nanotechnology) دەگونجێت. تەکنەلۆژیای نانۆ بوارێکی تێکهەڵکێشی زانست و تەکنەلۆژیای نوێ و سەرنجڕاکێشە (وێنەی ١)، بەشێوەیەکی بەربڵاو لەگەڵ پێداویستییەکانی ژیانی ڕۆژانەماندا تێکەڵ بووە. ئامێرە ئەلیکترۆنییە نانۆییەکان، تەنۆلکە نانۆییەکان (Nanoparticles) لە پێکهاتەکانی قوماش، فڕۆکەوانی، ئۆتۆمبێل، نۆژەنکردنەوە و بەرهەمە جۆراوجۆرەکانی تر چەند نموونەیەکی دیارن لە ژیانی ڕۆژانەی ئێمەدا. تەکنەلۆژیای نانۆ بە تەنها ڕووپۆشی تەکنەلۆژیا ئاست بەرزەکان ناکات، بەڵکو چاڵاکانە هەوڵی چارەسەرکردنی کێشە گرنگە جیهانییەکانی وەک پاكکردنەوەی ئاوی خواردنەوە و بەرهەمی باشتر و وزەی پاکتر دەدات. لەگەڵ هاتنەکایەی بواری تەکنەلۆژیای نانۆ لە سەرەتای سەدەی بیست و یەك، لێکۆڵینەوە لە زانست و تەکنەلۆژیای نانۆ وەک بابەتێکی گرنگی گرێدراو لەگەڵ تەواوی زانستەکان لە دامەزراوە ئەکادیمییەکاندا گرنگی زۆری پێدراوە، چونکە بە کلیلی چارەسەرکردنی تەواوی کیشە سەرەکییەکان دادەنرێت. بە ئەندازەیەك مرۆڤ و بیرۆکەکانی لە سەرجەم بوارە جیاوازەکانی زانستە سروشتی و کرداریی و ئەندازیارییەکان دەتوانن لە ژێر چەتری تەکنەلۆژیای نانۆدا کۆببنەوە بۆ دابینکردنی داهاتوویەکی باشتر. لەم سۆنگەیەوە، ئەم بابەتەمان تەنها دەسپێکێکە بۆ ئەوەی سەرەتایەك بۆ خوێنەران و خولیایانی بواری زانست و تەکنەلۆژیای نانۆ بخەینەڕوو بۆ ئەوەی تێگەیشتنێکی زانستییانە لەلای خوێنەران گەڵاڵە بکەین. هیوادارین لە پاش خوێندنەوەی ئەم بابەتە خوێنەرە بەڕێزەکان بتوانن وەڵامی پرسیارە سەرەکییەکانیان لە بواری جیهانی سەرسوڕهێنەری نانۆدا بەدەست بهێنن.
لە ماوەی ١٥-٢٠ ساڵی ڕابردوودا جەنجاڵییەکی بەرچاو لە دەوری وشەی “تەکنەلۆژیای نانۆ”دا هەبووە. چەندین بابەتی چاپەمەنی چاپ کراوە و لە میدیاکانیش بە تایبەتی میدیا جیهانییەکان چەندین بابەتی جۆراوجۆر پەخش دەکرێت سەبارەت بە گرنگی ئەم تەکنەلۆژیا تازەیە و کاریگەریی و لێکەوتەکانی لەسەر بەکاربەران چۆنە؟
بێگومان، تەکنەلۆژیای نانۆ لە ئێستادا کاریگەریی بەرچاوی لە سەر ژیانی ڕۆژانەی مرۆڤەکان لە بوارە جۆراوجۆرەکاندا هەیە، وەکو بەکارهێنانی تەنۆلکە نانۆییەکان وەك دژەخۆر، شووشە و بۆیاخە نانۆپۆشەکان کە بەرگریی لە پیسبوون دەکەن و سیفاتی خۆپاککردنەوەیان (Self-cleaning) هەیە، پا ککردنەوەی ئاوی پیس لە ڕێگای تەنۆلکە نانۆییەکان، هەروەها بەدەست هێنانی گەرمی لەناو ئاو لە ڕێگەی رووناکی و چارەسەرکردنی زۆرێك لە نەخۆشییە کوشندەکان. هەروەها لەگەڵ لێکۆڵینەوە بەردەوامەکاندا، ڕەنگە یەکپۆشی گولە نەبڕی سەربازی، شێوەگۆڕینی باڵەکانی فڕۆکەکان، کۆنکرێتی بەهێز و خۆ چاککەرەوە و جیلی ئاڵتوونی نانۆڕۆبۆتی زیرەک لە داهاتوویەکی نزیکدا تەنها لە فیلمە زانستییە خەیاڵییەکاندا سنووردار نەبن، بەڵکو بێنە بواری کرداری و جێبەجێکردن. لە بواری ئامێرە ئەلیکترۆنییەکانیش، دۆزینەوەی گرافین (Graphene) (ئەلۆترۆپێکی دوو ڕەهەندی کاربۆنە) و لە ساڵی ٢٠٠٤دا دۆزرایەوە و بەهۆی تایبەتمەندییە ئەلیکترۆنییە باڵاکانییەوە هەمووی پێشبینیەکانی مرۆڤی گۆڕی، بۆیە پێشبینی دەکرێت تەکنەلۆژیای نانۆ کەلێنی نێوان خەیاڵی داهێنەرانە و واقیع پڕبکاتەوە.
هەموو ئەمانە وامان لێدەکەن بپرسین تەکنەلۆژیای نانۆ چییە و جیاوازی چییە لە تەکنەلۆژیای “پێش نانۆ”؟
زاراوەی نانۆ بە سادەیی پێوەرێکی (1/1000000000مەتر) دیاری دەکات، لە ڕووی ڕەهەند (قەبارە)ی مادەکانەوە بە سانایی نانۆمەترێك (Nanometer) دەکاتە (1/1000000000 مەتر). بۆ بەرچاوڕوونی زیاتری خوێنەران تۆپی پێ سەد ملیۆن جار گەورەترە لە تەنۆلکەیەکی نانۆیی کە تیرەکەی (1 نانۆمەتر) بێت (وێنەی ٢). بەم شێوەیە ئەو تەنانەی کە دەکەونە نێو سیستەمی تەکنەلۆژیای نانۆییەوە دەبێت ڕەهەندێك (درێژی/پانی/بەرزی) یان زیاتریان لە پێوەری نانۆمەتردابێت. کەواتە زانست و تەکنەلۆژیای نانۆ پەیوەستە بەو جۆرە تەنانەی، کە دەکرێت لە پۆلە سادەکانی گەردەکانەوە دەست پێبکات تا دەگاتە سیستەمی ئاڵۆزی وەک سیستەمی ئێلکترۆمیکانیکی نانۆیی تا دەگاتە ئامێرەکانی وەک ترانسیستۆری تاك ئەلکترۆنی(Single atom transistor) .
بەڵام پرسیارە بنەڕەتی وگرنگەکە ئەوەیە: ئایا ئەو مەودایە چەندە بە پێوەری نانۆمەتر تاوەکو تەنێك بەڕاستی بکەوێتە نێو بازنەی تەکنەلۆژیای نانۆ؟ 1، 10، 100، 500 نانۆمەتر؟ خۆ دەبێت سەرەتاو کۆتایی ئەو مەودایە بزانرێت بۆ ئەوەی لەو نێوەندەدا تەنکۆلکە نانۆییەکان بەرهەم بهێنرێن و پاشانیش لە بوارە جیاجیاکانی سەرەوە بەکاربهێنرێن.
بەگشتی، هەرەك لە ئینساکلۆپیدیای بەریتانیش (Encyclopedia Britannica) دا هاتووە، ئەو تەنانەی کە یەکێك لە ڕەهەندەکانیان (درێژی/پانی/بەرزی) لە خوار 100 نانۆمەترەوەیە، دەکەونە ناو سیستەمی ماددەی نانۆییەوە (وێنەی ٣). هەر چەندە، بەڕای بەندە، ئەم پێناسەیە تا ڕادەیەك کۆنکریتییە، چونکە جەوهەری ڕاستەقینەی تەکنەلۆژیای نانۆ تەنها وابەستە نیە بە ڕەهەندەکانی دوورییەوە، بەڵکو پەیوەندییەکی ڕاستەوخۆی هەیە بە گۆڕینی تایبەتمەندییەکانی ماددەکان لە ڕەهەندە بچووکەکاندا. بە جۆرێك، تەنانەت تەنێکی 200 نانۆمەتری ڕەنگە بە باشی وەک ماددەیەکی نانۆیی “دروست” هەژمار بکرێت ئەگەر بەڕاستی گۆڕانکارییەکی بەرچاو بەدی بکرێت لە تایبەتمەندییەکانیدا، یان وەك ماددەیەکی نانۆیی ڕەفتار بکات. کەواتە زانست و تەکنەلۆژیای نانۆ پێوەرەکەی و لە مەودای نانۆدایە، کە لەو مەودایەدا ماددەکان، بە گشتی، هەڵگری تایبەتمەندی جیاوازو بەرچاون بە بەراورد لەگەڵ ماددە پێکهێنەرەکانیان لە پێوەرە ماکرۆسکۆپی یان گەورەکاندا.
چی وا لە ماددەنانۆییەکان دەکات بەم جۆرە ڕەفتاربکەن؟
ریچارد فاینمان (Richard Feynman) (وێنەی ٤)، کە براوەی خەڵاتی نۆبڵی فیزیایە، لە ساڵی ١٩٥٩دا پێشبینی بچووککردنەوەی ئامیرەکانی کرد بە هاتنە کایەی تەکنەلۆژیایەکی بچووك تا دەگاتە ئاستی گەردیلە. ئێستا خەونی فاینمان لە ڕێگای تەکنەلۆژیای نانۆدا گۆڕاوە بۆ واقیع. زاناکانی سەردەم جەخت لەسەر ئەوە دەکەنەوە کە تەکنەلۆژیای نانۆ تەکنەلۆژیای بزوێنەری سەدەی نوێیە (لە ڕێگەی دەستپێشخەرییە نانۆییە جیاوازەکانەوە)، پێشکەوتنی بەرچاو لەم بوارە نوێیەدا ڕوودەدات، بەڵام لەگەڵ ئەوەشدا تا ئێستا کەلێنێکی بەرچاو لە نێوان زانستەکاندا هەیە و پێویستە تێکهەڵکێش بکرێن، تەکنەلۆژیای نانۆش باشترین نێوەندگیرە بۆ ئەم تێکهەڵکێشکردنە.هەرچەندە ئاوێتەبوونێکی بەرچاو دەبینرێت لە تەنۆلکە نانۆییەکاندا لە بواری توێژینەوە و کەرتی پیشەسازیدا ئەمەش لە ڕێگای تایبەتمەندییە فیزیایی و کیمیاییەکانییەوە کە جیاوازییەکی زۆریان لەگەڵ ماددە هاوتاکانیان هەیە لە قەبارەی گەورەدا. بەم جۆرە سەرجەم بوارە جیاجیاکانی زانست و تەکنەلۆژیای کارپێکراو بە جۆرێك یان جۆرێکی تر لەگەڵ هاتنی تەکنەلۆژیای نانۆییدا بەرەو پێشەرە هەنگاودەنێن. هەروەها بوارە نوێیە جۆراوجۆرەکانی وەک پزیشکی نانۆیی، تەکنەلۆژیای بایۆلۆژی نانۆیی، نانۆئەلکترۆنیك و هتد، بە شێوەیەکی بەرچاو بەرەو پێشەوە هەنگاو دەنێن
کەواتە بە شێوەیەکی سروشتی ئەو پرسیارە دێتە کایەوە کە بەڕاستی چی وایکردووە ماددە نانۆییەکان بە شێوەیەکی جیاواز ڕەفتار بکەن؟ وەڵامەکە دەتوانرێت بە تێگەیشتن لە دوو چەمکی سەرەکی تەکنەلۆژیای نانۆ بدۆزرێتەوە، ڕێژەی بەرزبوونەوەی ڕووبەری ڕووکار بۆ قەبارە (Surface area/unit volume) و گوشاری کوانتەم (Quantum confinement ). ڕێژەی ڕووبەری ڕووکار بۆ قەبارە (S/V) تەنها ڕووبەری ڕووی تەنێکە کە دابەشکراوە بەسەر قەبارەکەیدا. بۆ تەنۆلکە گۆییەکان ئەم ڕێژەیە ڕێژەیی پێچەوانەیە لەگەڵ نیوەتیرەی گۆیەکە، بۆ خشتەکیش ئەم ڕێژەیە ڕێژەیی پێچەوانەیە لەگەڵ لاکانی خشتەکە. بۆیە تایبەتمەندی ماددە نانۆییەکان لەوەدایە کە لەگەڵ زیادبوونی ڕووبەری ڕووکار بۆ قەبارە (S/V) گەردیلە/گەردەکانی ماددەکە زیاتر بەرکەوتەی دەوروبەر دەبن و ژمارەیەکی زیاتر لە “بۆندی هەڵواسراو” (Dangling bonds) لە ڕووی تەنۆلکە نانۆییەکە بەردەست دەبن، بەم شێوەیە چالاکیە کیمیاییەکانی تەنۆلکە نانۆییەکان زیاتر دەبێت و ئامادەباشی بۆ کاركێك کردن لەگەڵ دەوروبەر زیاتر دەبێت. بۆ نموونە تەنۆلکەیەکی نانۆیی گۆیی ئەگەر تیرەکەی (100) نانۆمەتر بێت ئەوا تەنها ڕێژەیەکی زۆر کەمی (2%) لە کۆی ئەتۆمە پێکهێنەرەکانی لەسەر ڕووکاری دەرەوەی تەنۆلکە نانۆییەکە دەبن، خۆ ئەگەر تیرەی تەنۆلکە نانۆییەکە (10) نانۆمەتر بێت ئەوا (~25%) ی ئەتۆمەکان ماددەکە بەرکەوتەی دەوروبەر دەبن، لە کاتێکدا بە کەمکردنەوەی تیرەی تەنۆلکە نانۆییەکە بۆ(3) نانۆمەتر ئەوا نزیکەی (~60%) ی ئەتۆمەکانی ماددەکە بەرکەوتووی دەرەوە دەبن. بەم شێوەیە تاوەکو گەبارەی تەنۆلکە نانۆییەکان بچووك بکەینەوە ڕێژەی ئەتۆمەکانی ڕووکەش زیاد دەکات و هەڵسوکەوتی تەنۆلکە نانۆییەکان لە ڕووی چالاکییە کیمیاییەکەیەوە بە تەواوی دەگۆردرێت. بۆ نموونە ئەگەر بەراوردێك بکەین لە نێوان شەکری پاودەر (تیرەی تەنۆلکەکانی 1 نانۆمەتر بێت ) لە گەك شەکری کڵۆی خشتەك (درێژی لایەکی 1سم بێت) ئەوا ڕێژەی ڕووبەری ڕووکار بۆ قەبارەی تەنۆلکەکانی شەکرە پاودەرەکە (3000000000/m) دەبێت هەرچی ڕێژەی ڕووبەری ڕووکار بۆ قەبارەی شەکری کڵۆی خشتەك (600/m) دەبێت (وێنەی ٥).
ئەمەش باش بوونی سیفاتی کەتالیستی (Catalytical properties) هەندێک لە کانزاکان وەك زێڕ و زیو و پلاتین و هتد، ڕوون دەکاتەوە کاتێك لە قەبارەی نانۆیی ڕەفتار دەکەن. هەروەها بوونی ژمارەیەکی زۆر لە بۆندە تێرنەکراوە “هەڵواسراو” ەکانی ڕووی گرافین (پەڕەیەکی دوو ڕەهەندی بە شێوەی شانەی هەنگوینی هاوشێوەی ئەتۆمەکانی کاربۆن، کە بلۆکی بنیاتنانی گرافیتن) کە ڕێژەی ڕووبەری ڕووکەش بۆ قەبارە (S/V) ی زۆر بەرزی هەیە، وای لێدەکات کە ببێتە دیتێکتەرێکی نایاب بۆ هەستکردنی ماددە کیمیایی و گازییەکان. هەروەها ئەم ڕێژەیە بەرزەی ڕووبەری ڕووکەش بۆ قەبارە (S/V) بەرپرسە لە دابەزینی خاڵی توانەوەی (Melting point) لە ماددە نانۆ کریستاڵەکاندا.
چەمکی دووەم چەمکێکی گرنگە و بە گوشاری کوانتەم ناسروە. گوشاری کوانتەم لە کەمبوونەوەی قەبارەی ماددەکانەوە سەرهەڵدەدات کە دەبێتە هۆی ئەوەی سیفاتی شەپۆلی ئەلیکترۆنی بە توندی سنووردار بکرێت و لە ئەنجامدا گۆڕانکاری پەیوەست بە تایبەتمەندییە ئەلیکترۆنی و بیناییەکانی ماددە نانۆییەکە بەدوای خۆیدا دەهێنێت. قەبارەی تەنۆلکەی نانۆیی بچووکتر (یان گەورەتر) دەبێتە هۆی گوشاری بەهێزتر (یان لاوازتر) کە دەبێتە هۆی بەرزبوونەوە (یان کەمبوونەوەی) بۆشایی باندی ووزە (Bandgap energy) و گۆڕانکاری لە پێکهاتەی باندی ووزەی مادەکەدا دەکات. ئەمەش دەبێتە هۆی گۆڕانکاری لە جووڵەی ئەلکترۆنەکان و بارستەی کاریگەر، نەگۆڕی دائێلکتریکی ڕێژەیی، تایبەتمەندییە بیناییەکان و چەندین سیفاتی دیکە. بەهۆی هۆکاری کاریگەری گوشاری کوانتەم تەنۆلکە نانۆییە کانزاکان تایبەتمەندی سەرنجڕاکێش پیشان دەدەن وەک گۆڕانکاری لە ڕەنگی هەڵپەسێردراوەکان بە گوێرەی قەبارەکانیان (وێنەی ٦) و دەردانی فۆتۆنی سەروو بنەوشەیی، بەرزبوونەوەی فۆتۆلۆمینەنس و هتد کە بەکارهێنانی گرنگیان هەیە لە کەرتی ئەلکترۆنی و تەندروستیدا.
بەم شێوەیە و بە پشتبەستن بەم لایەنانە و هەندێک لایەنی تری کەمکردنەوەی قەبارە وەک گۆڕانی قۆناغەکان، گۆڕانکاری لە ناوچەی کارەبایی/موگناتیسی و هتد، ماددە نانۆییەکان گۆڕانکارییەکان لە خاڵی توانەوەیان، ڕێژەی فراوانبوونی گەرمی، ڕەقیی، بڵاوبوونەوە، هەڵمژینی بینایی، تایبەتمەندییە دائێلکتریکییەکان بەسەردا دێت. بۆیە، زانایانی بواری نانۆ و ئەندازیاران ئەمڕۆ توانایەکی گەورەیان خستۆتەگەڕ بۆ گۆڕینی بەرچاوی تایبەتمەندییەکانی مادەکان بە کەمکردنەوەی قەبارەی ماددەکان و بەکارهێنانی زیرەکی گوشاری کوانتەم، ئەمەش وادەکات بواری تەکنەلۆژیای نانۆ زۆر ورووژێنەر بێت و ڕۆژ بەدوای ڕۆژ بەرەو پێش بچێت.
سەرچاوەکان:
- Bhushan, B. (2017). Introduction to nanotechnology. Springer handbook of nanotechnology, 1-19.
- Ramsden, Jeremy. Nanotechnology: an introduction. William Andrew, 2016.
- Suhag, D., Thakur, P., & Thakur, A. (2023). Introduction to Nanotechnology. In Integrated Nanomaterials and their Applications (pp. 1-17). Singapore: Springer Nature Singapore.