الأنابيب النانوية: هي جزيئات دقيقة، تشبه الخيوط، وتتميز بقساوتها التي تفوق قساوة الفولاذ، وأكثر استخداماتها وأهمها في الأدوات الإلكترونية الأسرع والأكثر كفاءة وتحملاً، ويعود اكتشافها إلى أواخر العام 1991، على يد العالم الياباني «سوميو إيجيما»، عندما كان جالساً أمام المجهر الإلكتروني في مختبر الأبحاث الأساسية التابع للشركة

NEC، في تسوكوبا في اليابان، ولاحظ إيجيما خيوطاً غريبة نانوية الأبعاد متمددة في لطخة من السخام، ومن بعدها أصبحت هذه الجزيئات الماكروية الرفيعة والطويلة تعرف بالأنابيب النانوية، وخضعت لدراسات علمية مكثفة.

وتصنع الأنابيب النانوية، أحياناً، من مواد غير عضوية مثل أكاسيد الفلزات «أكسيد الفاناديوم، وأكسيد المنجنيز»، ونيتريد البورون، والموليبدينوم، وتشبه في تركيبها أنابيب الكربون النانوية، ولكنها أثقل منها، وليست بقوتها.

وتتخذ الأنابيب النانوية عدة أشكال، فمن الممكن أن تكون مستقيمة، أو لولبية، أو متعرجة، أو خيزرانية، أو مخروطية، ومن خصائصها غير العادية قوتها وصلابتها، وتوصيلها للكهرباء. وسوف تستخدم الأنابيب النانوية بخواصها الإلكترونية الفريدة في الكثير من التطبيقات، فيمكن لأنابيب الكربون النانوية أن تقوم بالدور نفسه الذي يلعبه السيلكون في الدارات الإلكترونية.

وتولد لدى الباحثين الآمال، بعد تجارب عديدة، في صنع الأسلاك والأدوات الفعالة التي لا تتجاوز أبعادها عشرات النانومترات، أو أقل ودمجها في الدارات الإلكترونية، ما يمكنها من العمل بسرعة أكبر، وبمقدار من الطاقة أقل كثيراً من الذي تستهلكه الأدوات الموجودة في الوقت الحالي.

وأنابيب الكربون النانوية التي رصدها إيجيما، وسماها الأنابيب متعددة الجدران، احتوى كل منها على عدد من الأسطوانات الجوفاء من ذرات الكربون، بعضها متداخل ضمن بعض، وبعد عامين صنع إيجيما، وبيثيون من شركة IBM، أنابيب نانوية وحيدة الجدار تتكون من طبقة واحدة فقط من ذرات الكربون، والنوعان مصنوعان من الأنابيب، بطرق متماثلة، ويتميزان بالعديد من الخواص المتماثلة، أوضحها ضيقها الشديد وطولها، فيبلغ قطر الأنابيب وحيدة الجدار نانومتراً واحداً، إلا أن طولها قد يبلغ مئات النانومترات، ويرجع السبب في استقرار هذه الأنابيب إلى القوة التي ترتبط بها ذرات الكربون، وهي التي تكسب الألماس قساوته، ففي الألماس، تتصل ذرات الكربون لتشكل رباعيات وجوه، أما في الأنابيب النانوية فترتب الذرات نفسها في حلقات سداسية الشكل مثل شبك بيوت الدجاج، ويتميز الجرافيت بالنمط ذاته. ويشبه الأنبوب النانوي صفيحة، أو عدة صفائح مكدسة من الجرافيت ملفوفة على شكل أسطواني. ولم تعرف بعد الآلية التي تتكثف بها الذرات لتشكيل الأنابيب.

وأياً كان شكلها، فتركيبتها الإلكترونية بالغة التعقيد نتيجة للحجم، لأن الفيزياء الكمومية تسود عند المقياس النانومتري.

الدارات

نجح باحثون في بناء أدوات إلكترونية باستخدام أنابيب الكربون النانوية، منها ترانزستورات المفعول المجالي، التي استخدمت في صناعتها أنابيب نانوية شبه موصلة مفردة بين إلكترودين معدنيين يعملان عمل قناة تتدفق خلالها الإلكترونات، ويمكن التحكم في تدفق التيار في هذه القناة بتطبيق فولتيات على إلكترود ثالث قريب منهما، وتعمل الأدوات المبنية على الأنابيب النانوية في درجة حرارة الغرفة بمميزات كهربائية، تماثل أدوات السليكون المتوفرة في الأسواق.

وامتلاك الأنابيب النانوية نطاقات فارغة وخصائص موصلة مختلفة، تعطي الأمل في إنتاج أدوات نانوية إضافية، ونجح علماء في قياس أنابيب نانوية معدنية وشبه موصلة وصلوها ببعضها بعضاً، ووجدوا أن مثل هذه الوصلات تسلك سلوك الديودات، فتسمح للكهرباء بالتدفق في جهة واحدة فقط، ونظرياً، يمكن أن تسلك تراكيب مكونة من أنابيب نانوية ذات نطاقات فارغة مختلفة أسلاك ديودات تصدر الضوء، وبات في الإمكان تصنيع دارات نانوية بها أسلاك، وقواطع وعناصر ذاكرة مصنوعة جميعها من أنابيب نانوية، إضافة إلى جزيئات أخرى.

وكان تصنيع الدارات الكهربائية، يتطلب في الماضي جهداً كبيراً، وكانت تصنع واحدة بواحدة. ويمكن تصميم دارات كهربائية أكثر تعقيداً تستند إلى الأنابيب النانوية، إلا أن ذلك يتطلب اكتشاف طريقة لإنماء الأنابيب النانوية في مواضع وأشكال وأحجام محددة، ووجد باحثون في جامعة ستانفورد أن وضع بقع من النيكل أو الحديد أو بعض المحفزات الأخرى على ركيزة، يؤدي إلى إنماء الأنابيب النانوية في المكان المراد، كما توصلت مجموعة من العلماء في جامعة هارفارد، إلى طريقة لدمج أنابيب نانوية في أسلاك نانوية من السليكون.

أشرف مرحلي – جريدة الخليج