الفيزياء اليوم - فيزياء النانو وعلوم النانو

الفيزياء على نطاق نانومتر( nanometer) وعلوم النانو بشكل عام هي الأساس لتصميم وإنتاج وتطوير أجهزة جديدة للإلكترونيات أو الإلكترونيات الضوئية. تندرج دراسة وتطوير المواد الوظيفية على مقياس نانومتر أيضًا ضمن علوم النانو.

يمكن تعريفها ايضا على أنها مجموعة الدراسات والعمليات لتصنيع ومعالجة الهياكل (الفيزيائية أو الكيميائية أو البيولوجية) والأجهزة وأنظمة المواد على مقياس النانومتر، وهي الوحدة الأقرب إلى المسافة بين ذرتين.

المجالات العلمية الرئيسية المعنية

• - المجال الطبي

تستغل المجتمعات البيولوجية والطبية خصائص المواد النانوية في تطبيقات مختلفة (عوامل التباين لتصوير الخلايا، وعلاجات مكافحة السرطان).

يتم تجميع التطبيقات في هذا المجال معًا وفقًا لشروط علم الأحياء النانوي وطب النانو. 

يمكن إضافة الوظائف إلى المواد النانوية عن طريق ربطها بالتركيبات أو الجزيئات البيولوجية. حجمها قريب جدًا بالفعل. ولذلك فإن المواد النانوية مفيدة للبحث والتطبيقات في الجسم الحي وفي المختبر. يسمح هذا التكامل بظهور أدوات التشخيص أو توصيل الأدوية.

• - مجال الطاقة

يمكننا أن نرى التطورات في مجال التخزين وإنتاج الطاقة وتوفير الطاقة:

تجعل الهياكل المكدسة من أشباه الموصلات من الممكن تحقيق عوائد أفضل بكثير للخلايا الكهروضوئية ؛

أصبحت التخفيضات في استهلاك الطاقة ممكنة بفضل أنظمة العزل الحراري والمواد الموصلة المحسنة. في مجال إنتاج الضوء ، يتيح استخدام المواد المشتقة من تكنولوجيا النانو مثل مصابيح LED الحصول على عائد مثير للغاية ؛

يمكن أن يؤدي استخدام المواد النانوية المسامية لتخزين الهيدروجين أخيرًا إلى إضفاء الطابع الديمقراطي على استخدامه ، والذي يقتصر حاليًا على الكمية الصغيرة من الهيدروجين المخزنة في الخزانات التقليدية والتي ، علاوة على ذلك ، بها عيوب عديدة (تسرب ، غلة متوسطة ، ثقيلة ، باهظة الثمن ، إلخ.). يمكن بعد ذلك استخدام هذا الهيدروجين في محركات الاحتراق أو بواسطة خلايا الوقود:

إن استخدام الأنابيب النانوية الكربونية في مجال تخزين الكهرباء يمكن أن يجعل من الممكن إنشاء بطارية ، تسمى supercapacitor، والتي يمكن إعادة شحنها في بضع ثوانٍ ، بينما تكون أخف من البطارية الكيميائية ولها عمر أطول يبلغ حوالي 3000 عام.

• - مجال الالكترونيات

إن هياكل الرقائق الإلكترونية أو الدوائر المتكاملة موجودة بالفعل على مقياس نانومتر وتستفيد بشكل مكثف من تكنولوجيا النانو. التقدم مستمر في مجالات الاتصالات وتخزين المعلومات والحوسبة.

التطبيقات التجارية

 يقتصر على استخدام "الجيل الأول" من المواد النانوية السلبية. ويشمل ذلك جزيئات ثاني أكسيد التيتانيوم النانوية الموجودة في واقيات الشمس ومستحضرات التجميل وبعض المنتجات الغذائية ؛ جزيئات الحديد النانوية في تغليف المواد الغذائية ؛ جزيئات أكسيد الزنك النانوية في واقيات الشمس ومستحضرات التجميل والطلاء الخارجي والدهانات وورنيش الأثاث ؛ وجسيمات أكسيد السيريوم النانوية تعمل كمحفز للوقود. المغناطيسات النانوية ، والتي تسمى أيضًا المغناطيس الجزيئي ، قيد التطوير أيضًا منذ عام 1993.