ما هي استخدامات تكنولوجيا النانو في الصناعة؟

تطورت تكنولوجيا النانو كثيراً في العقود القليلة الماضية، حتى أصبح المصنّعون في مختلف الصناعات يعملون مع مواد فائقة الدقة بمقاييس صغيرة تصل إلى جزء من المليار من المتر، وتعود عليهم أيضاً بأرباح تقدر بمليارات الدولارات. فقد قُدرت أرباح صناعة تكنولوجيا النانو في جميع أنحاء العالم بنحو 1.76 مليار دولار في عام 2020، ومن المتوقع أن تنمو بمعدل نمو سنوي قدره 36.4% بين 2021 و2030 لتحقيق 33.63 مليار دولار.

فما الصناعات التي طبّقت تكنولوجيا النانو لتصل إلى هذه الأرباح.

اقرأ أيضاً: ما هي التقانة النانوية؟

تطبيقات تكنولوجيا النانو في الصناعة

دخلت المواد النانوية في جميع أنواع الصناعات، وأكسبت المنتجات خصائص جديدة ومرغوبة وبتكلفة قليلة، وفيما يلي بعض الصناعات التي تبنت تكنولوجيات النانو.

صناعة المنسوجات

تؤدي الجسيمات النانوية دوراً مهماً في تعزيز ميزات النسيج مثل النعومة والمتانة والتهوية وصد الماء ومانعات الحريق والخصائص المضادة للميكروبات.

يمكن لصباغ الأنسجة النانوي تطوير منسوجات متعددة الوظائف وذكية عالية الأداء. وتستخدم ألياف النانو في بعض التطبيقات التقنية في صناعات النسيج، مثل البقع المضادة للبكتيريا وملابس الرؤية الليلية وهندسة الأنسجة والبدلات الواقية من المواد الكيميائية، والألبسة المضادة للرصاص.

أما المواد النانوية الذكية القابلة للارتداء فقد مكّنت من تصنيع منسوجات تخزين طاقة ذكية يمكن ارتداؤها وقابلة لإعادة الشحن من ضوء الشمس، وخلاياها الشمسية المتشابكة تحولها إلى منسوجات كهربائية. وتساعد المنسوجات المصنوعة من مواد نانوية على دمج المستشعرات والمحركات، كما أنها أكثر كفاءة في امتصاص وتبديد الأشعة فوق البنفسجية.

الصناعات الغذائية

حسّنت تكنولوجيا النانو جودة الأغذية وسلامتها وقيمتها الغذائية، وساعدت على تقليل تكاليف الإنتاج. على سبيل المثال، باستخدام تقنية مستحلب النانو، يمكن إنتاج المايونيز قليل الدسم، والأطعمة القابلة للدهن والمثلجات.

صُممت أيضاً كبسولات نانوية تحمل المكونات الغذائية والإضافات وتتحكم في إطلاق بعض المكونات النشطة، وتساعد على إخفاء الروائح والنكهات غير المرغوب فيها، وتطيل عمر هذه المكونات واستقرارها، وكذلك المنتجات الغذائية النهائية.

وبالاستفادة من خواص الجسيمات النانوية المضادة للبكتيريا يمكن تحسين سلامة الغذاء، ومن تكامل الجسيمات النانوية المعدنية في مركبات البوليمر النانوية أصبح تغليف المواد الغذائية أفضل.

بشكل عام، تعمل المواد النانوية على تحسين المعالجة، والقابلية للذوبان والاستقرار وفترة صلاحية المنتجات الطازجة والملمس واللون والنكهة، وتساعد الكبسولات النانوية الغذائية على امتصاص عصير الفاكهة بشكل أفضل.

تساعد مستشعرات النانو أيضاً في مراقبة الجودة، واكتشاف مستوى ثاني أوكسيد الكربون المنبعث من الطعام والتلوث.

معالجة المياه

تحسّن المحفزات الضوئية النانوية طرق معالجة المياه خاصة الأكسدة الضوئية للملوثات العضوية، وتحسّن انتقاء المواد الغريبة والتخلص منها، كما يمكن للأغشية النانوية تحسين عملية تنقية المياه وتحليتها بالإضافة إلى توفير الطاقة اللازمة لإنجاز العملية.

الزراعة

في الزراعة، وجدت تكنولوجيا النانو طريقاً واسعاً لها، فقد تم تطوير أسمدة نانوية وكبسولة نانوية لمبيدات الآفات ومبيدات الآفات النانوية التي ساهمت في تقليل أمراض النبات والتوصيل الذكي والهادف للجزيئات الحيوية والمغذيات، وتعقيم المياه وتنقيتها، واسترجاع المغذيات. وتُستخدم أجهزة الاستشعار النانوية للكشف عن مسببات الأمراض والسموم في الماء، وتستخدم لاستشعار المغذيات ومبيدات الآفات والملوثات.

صناعة الطيران

تستخدم المواد النانوية الجزيئية في صناعة الكثير من المواد والأجهزة ذات الأهمية في الطائرات والصواريخ والمركبات الفضائية، إذ تُستخدم لإنتاج مواد أخف وزناً، مع الحفاظ على المتانة والخصائص الميكانيكية الأخرى، وتُستخدم أيضاً لصناعة الإلكترونيات والشاشات ذات الاستهلاك المنخفض للطاقة وأجهزة الاستشعار وطلاء المركبات، واستُخدمت أيضاً لتصنيع مركبات هيكلية متعددة الوظائف عالية الأداء.

الصناعات الطبية

تتجلى أبرز استخدامات تكنولوجيا النانو في مجال الطب، فقد استخدمت المواد النانوية لتعزيز توصيل الدواء إلى الأنسجة المريضة، فقد تم تطبيقها في علاج مرض السكري والسرطان والعديد من الأمراض الوراثية وأمراض الرئة.

تبرز أهمية تقنيات توصيل الدواء النانوية بإمكانية تخلص الجسم منها بسرعة دون آثار جانبية.

البيئة

في الصناعة البيئية يمكن استخدام المواد الماصة النانوية لمعالجة مياه الصرف الصحي، وتستخدم الحفازات النانوية من أجل تحليل الملوثات العضوية الماء والهواء. وتستخدم الأغشية النانوية أيضاً في معالجة مياه الصرف بدلاً من التناضح العكسي ما يخفّض تكاليف التشغيل ويقلل من استهلاك الطاقة.

صناعة الآلات

تستخدم المواد النانوية في صناعة الآلات بكثرة فتزيد من تحملها لدرجات الحرارة العالية وتصبح مقاومة للتآكل، وتعزز قوة المواد وصلابتها لتصبح مضادة للكسر. أيضاً أصبحت مواد تشحيم الآلات النانوية متوفرة، وباستخدامها لن تكون هناك حاجة إلى التشحيم المتكرر، مقارنة بمواد التشحيم العادية.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون الآلات نانوية بحد ذاتها، إذ طُوِّرت في المجال الميكانيكي الدقيق، وصُنعت أدوات النانو سيراميك المعدنية وآلة الطحن فائقة الدقة وآلة الختم بالسوائل المغناطيسية النانوية والمحركات النانوية ومولدات النانو والروبوتات النانوية.

النفط والغاز

وجدت الجسيمات النانوية طريقها لصناعة النفط بسبب خواصها المتمثلة بالامتصاص وقابلية البلل والتعديل ومساحة السطح، إذ تُستخدم المواد النانوية لتطوير موارد الطاقة الحرارية الأرضية من خلال تعزيز التوصيل الحراري، وتحسين الفصل بين الثقوب، والمساعدة في تطوير المواد غير المسببة للتآكل.

تستخدم المواد النانوية أيضاً لتحسين استخلاص النفط في شكل مواد خافضة للتوتر السطحي يمكن إضافتها إلى الخزان بطريقة أكثر تحكماً من المواد الموجودة، وبالتالي الحصول على المزيد من النفط.

وفي صناعة الغاز، تساعد على رفع درجة الحرارة وبالتالي إطلاق غاز الميثان. وتساعد على تحويل الغاز إلى سائل وضغطه لنقله لمسافات بعيدة.

صناعة الحواسيب

لأن الجزيئات الصغيرة تقلل تكلفة التصنيع وتزيد الإنتاجية استُخدمت المواد النانوية بكثرة في صناعة الحواسيب، فقد استخدمت لتخطيط وتجميع الأجزاء والأجهزة الإلكترونية المناسبة لصنع معالجات عالية السرعة وقليلة الاستهلاك للطاقة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للأنابيب النانوية أن تحل محل رقائق السيليكون.

صُنع أيضاً الحاسوب النانوي، وهو جهاز يتم فيه تخزين المعلومات ومعالجتها كشحنة كهروستاتيكية بمساعدة المكونات الأساسية المصنوعة من المواد اللينة مثل الجزيئات العضوية أو البوليمرات شبه الموصلة أو الأنابيب النانوية الكربونية.

البناء

في مجال البناء، تستخدم المواد النانوية في الإسمنت لتحسين الخرسانة وزيادة قوتها ومتانتها، ولضمان توزيع الإسمنت بتجانس.

صناعة مستحضرات التجميل

تُستخدم الجسيمات النانوية في واقي الشمس ليقي البشرة من الأشعة فوق البنفسجية. وبسبب خواصها المضادة للبكتيريا تستخدم في مستحضرات التجميل كمواد حافظة، واستُخدمت من ظلال العيون، وبعض مستحضرات التجميل التي تحافظ على صحة البشرة.