2

1

البحثنوان ع

حد من الكوارثي الفالنانو تقنيةدور

حلقة العلميةللجنة المقدمة عمل ورقة

األمنيةالعربية للعلوم في جامعة نايف التدريببكلية المنعقدة

)استخدام التقنيات الحديثة في مواجهة الكوارث(

2/2102/ 8إلى 6الفترة من في

إعداد

طارق بن طلق المطيري

العالمية بماليزيا اإلسالميةالجامعة

2

اهلل الرحمن الرحيمبسم

3

المحتويات

4 ......................................................................... الخالصة

5 ....................................................................... . مقدمة0

7 .................................................................. . تقنية النانو2

01 ...................................................... . نبذة عن تقنية النانو3

00 ..................................................... . أهمية المواد النانوية4

02 .................................................. . خصائص المواد النانوية5

04 ...................................... . المواد النانوية والتراكيب النانوية6

06 .................................... تقنية النانو . األجهزة المستخدمة في7

07 .................................. . دور تقنية النانو في الحد من الكوارث8

08 . دور تقنية النانو في الرعاية الصحية والطب في حالة الكوارث 0.8

دور تقنية النانو في تطوير أداء العاملين في الدفاع المدني 2.8

20 ............................................ واإلنقاذ في مواجهة الكوارث

23 .......... حد من الكوارثدور تقنية النانو في البناء واإلسكان لل 3.8

25دور تقنية النانو في توفير الطاقة واالتصاالت في حالة الكوارث 4.8

26 ....... م عن الكوارثدور تقنية النانو في الحد من التلوث الناج 5.8

28 .................................................................... . توصيات9

29 ................................................................... . مراجع01

4

الخالصة

منها ما يمكن ،وفي أي مكان ،ظةوفي أي لح ،تحدث الكوارث الطبيعية في أي وقتتتنوع المخاطر . اومخاطره االتعامل مع عواقبه إالومنها ال يمكن االتوقع بحدوثه

فيقتل من يقتل ويجرح من يجرح ويفقد من يفقد الناجمة عن الكوارث والمشاكل وتوقف وتهدم المباني واألنفاق والجسور عالوة على انقطاع الكهرباء واالتصاالت

وتعلن حالة الطوارئ في البالد وتتدخل واألوبئة األمراضتماما وتنتشر الحياةمجموعة منهم المتاحة. تقنيةمستخدمة التقنيات وال لتقوم بعملها اإلنقاذفرق

الموتى وفرق إلطفاء النتشال أخرى عن الناجين من الدمار وفرق يقوم بالبحث وفرق لبناء مالجئ مؤقتة الحرائق وفرق طبية لتقديم الرعاية الطبية الالزمة

لتجهيز المواد الغذائية للناجين. تعتمد آلية عمل فرق اإلنفاذ على األجهزة وأخرى يتعرض رجال اإلنقاذ لمخاطر حرجة قد تمنعهم من والتقنيات الحديثة ومع هذا

. التدخل في بعض األحيان لتقديم المساعدة، وهذا قد يعمل على زيادة عدد الضحايا أسسهاالنانو موضحين تقنية إلى تطرقناألول من هذا البحث العلمي في الجزء ا

وخصائصها والتقنيات القائمة عليها وتطبيقاتها الحالية والمستقبلية. في الجزء التغلب يةالكوارث المختلفة وكيف أنواعشرحا مفصال عن قدمنا الثاني من البحث

المحور األولة تناولت في على محاور مختلفالنانو تقنيةعليها بتطبيق فعال لهذه توفير احدث ما توصلت لاستخدامات تقنية النانو في الرعاية الصحية والطب

أداة المختبر على شريحة نانوية واإلسفنجة النانوية من وسائل مثل التقنية وتقنية االستشعار عن بعد والضمادات المضادة للتلوث البكتيري وغيرها. كما

إلى دور تقنية النانو في تطوير أداء العاملين في الدفاع ثاني في المحور التطرقنا التي توفر لهم األدواتمن خالل استعراض المدني واإلنقاذ في مواجهة الكوارث

المزودة األقنعةمثل وإنقاذهمالمنكوبين أماكنالحماية والسالمة للوصول إلى اب والمالبس المقاومة بفالتر تنقية نانوية والنظارات المضادة لالنعكاس والضب

قيامهم بمهام أثناءللشظايا والمواد الحادة والمزودة بالحساسات لمراقبة سالمتهم البناء الثالث استخدامات تقنية النانو في مجال محور في ال. ثم تناولنا اإلنقاذ

المستخدمة في تجهيز المباني من خالل استعراض التقنيات النانوية واإلسكانمودا في مواجهة الكوارث والتقنيات النانوية التي وفرت مالجئ لجعلها اكثر ص

وفي إسمنتية سريعة البناء ومزودة بمواد جديدة توفر لها العزل الحراري. مثل مجال الطاقة واالتصاالتالمحور الرابع ناقشنا استخدامات تقنية النانو في

الوقود لتزويد من خالل خاليا أوتوليد الطاقة بواسطة محطات شمسية نانوية وفي المحور الخامس تم التركيز على دور .األجهزة والمعدات بالكهرباء الالزمة

تقنية النانو في مجال البيئة والزراعة في حالة الكوارث من خالل استعراض الوسائل الممكن استخدامها في التغلب على التلوث البيئي الناتج عن الكوارث مثل

. يتضح من الضوئي ء النانوية التي تعمل بالتحفيزتقنية الهوا أجهزةاستخدام النانو تقدم حلوال واعدة في الحد من الكوارث من خالل تطبيقاتها تقنيةالبحث ان الغير تقليدية.العديدة و

5

مقدمة. 0

مع التقدم التقني والتكنولوجي الذي نشهده في كافة مجاالت الحياة إال ان هذه الناجمة عن الكوارث بمختلف المخاطرأمام التكنولوجي يقف عاجزا التقدم خسائر مادية لم يسبق لها 2100كلفت كوارث سنة على سبيل المثال أنواعها.التقرير الصادر عن مكتب األمم المتحدة للحد من مخاطر تبينحيث مثيل،

2100الكوارث ومركز بحوث علم األوبئة الناجمة من الكوارث أن كوارث عام

الف قتيل 31مليار دوالر كما أسفرت عن 366بلغت قيمتها أسفرت عن خسائران زلزال اليابان األخير يعد من أهم الكوارث التي شهدها .مليون متضرر 216و

ألف شخص توفوا بسبب 20. وأظهرت األرقام الصادرة في التقرير ان 2100العام اشرة اثر ألف شخص لقوا حتفهم مب 31الزالزل في العام الماضي من أصل نحو

كذلك فيضانات التي حدثت في البرازيل خالل شهر يناير وزلزال .كارثة 312نيوزيلندا في فبراير وزلزال اليابان في مارس ثم موجتين من العواصف الشديدة

كما ان .واألعاصير في الواليات المتحدة األمريكية خالل شهري أبريل ومايوخالل شهري أغسطس وسبتمبر خالل ايرين الذي ضرب الواليات المتحدة إعصار

العام الماضي وفيضانات تايالند في شهري أغسطس وديسمبر وزلزال تركيا في كانت لقد .شهر أكتوبر والعاصفة )واشي( في الفلبين خالل شهر ديسمبر

قتيل وفي تايالند 911فيضانات البرازيل األكثر ضررا في تاريخ البالد مخلفة .مليار دوالر 41ن الكوارث الطبيعية بلغت الخسائر الناجمة ع

243ارتفاع حجم الخسائر المالية من بالذكر ان اإلحصائيات تؤكد روالجدي

بعين االعتبار األخذمليارا العام الماضي مع 366 إلى 2115مليار دوالر في عام الخسائر الناجمة عن الجفاف السيما في الصين ومنطقة القرن األفريقي حيث

.مليون شخص 34صف على العوا أثرت

الكوارث الطبيعية هي ابتالء أو دمار كبير وهناك تعريفات متعددة للكارثة فعرفت الكارثة هي حالة مفجعة يتأثر من جرائها هيئة األمم المتحدة الكوارث على انها

نمط الحياة اليومية فجأة ويصبح الناس بدون مساعدة ويعانون من ويالتها حماية، ومالبس، وملجأ، وعناية طبية واجتماعية ويصيرون في حاجة إلى

وعرفت المنظمة الدولية للحماية المدنية .واحتياجات الحياة الضرورية األخرىالكارثة على انها الكارثة هي حوادث غير متوقعة ناجمة عن قوى الطبيعة، أو بسبب

تكون ذات فعل اإلنسان ويترتب عليها خسائر في األرواح وتدمير في الممتلكات، وتأثير شديد على االقتصاد الوطني والحياة االجتماعية وتفوق إمكانيات مواجهتها

.قدرة الموارد الوطنية وتتطلب مساعدة دولية

. والخسائر ةبطيئالمتخذة للحد من الكوارث تخطو خطوات اإلجراءاتوال تزال زال تشكل العقبة البشرية واالقتصادية الناجمة عن الكوارث آخذة في االرتفاع وال ت

، ولقد أخذت مخاطر ستدامة وتحقيق األهداف اإلنمائيةالرئيسية أمام التنمية الم . جديدة في الظهور

6

على ضرورة اتخاذ امنهتعتمد استراتيجية أي خطة للحد من الكوارث وتوفير حياة :اإلجراءات والتدابير الالزمة، ومن هذه التدابير ما يلي

لتوفير معلومات مسبقة حول التنبؤ بالكوارث: اإلنذار المبكر وأنظمة .للنجاح في اتقاء الكوارث والتأهب لها احتمال حدوث كارثة

:جمع معلومات تفصيلية ونوعية لفهم أخطار الكارثة تقدير األخطارالعتماد سياسات وتدابير مناسبة وانعكاساتها على البيئية والمجتمع واالقتصاد

.ومالئمة للحد من الكوارث

:من خالل تدريب فرق اإلنقاذ والدفاع المدني إعداد برنامج مواجهة الكوارثووضع الخطط وتوزيع المسؤوليات اإلدارية التي تنفذ فور وقوع الكارثة وفي

حاالت الطوارئ.

:وهذا يشمل ما توصلت له التقنية من االستغالل األمثل للمعدات والتقنياتهزة توفير الرعاية الصحية وأجهزة لرجال أجهزة اتصاالت وأجهزة استشعار وأج

اإلنقاذ والدفاع المدني تمكنهم من أداء مهمتهم بسالمة وأمان.

األداة التي يعكف العلماء على استخدامها للحد من التطور التقني الهائل هو ان جديد ألقى تقني برز إلى األضواء مصطلح الماضيةالسنوات القليلة الكوارث وفي تقنيةعالم وأصبح محط االهتمام بشكل كبير، هذا المصطلح هو "بثقله على ال

."النانو

والهندسة، ويرى العلوم الواعدة تبشر بقفزة هائلة في جميع فروع تقنيةالهذه التي لها اثرها على البيئة والتنمية مجاالتالالعلماء أنها ستلقي بظاللها على كافة

تحسين اإلنتاج الزراعيو اجها وتحويلهاتخزين الطاقة وإنتمثل والحد من الكوارثالمناطق إلىتوصيل الدواء و تشخيص األمراض ومتابعتهاو معالجة مياه الشربو

البناء و معالجة تلوث الهواءو معالجة الطعام وتخزينهو المصابة في جسم اإلنسان، مما سوف ينعكس على مقاومة اآلفات والحشراتو مراقبة الصحةو والتعميرمن صنع أي شيء نتخيله تقنية النانو ستمكننا . يومية للفرد العاديالحياة ال

وذلك عن طريق صف جزيئات المادة إلى جانب بعضها البعض بشكل ال نتخيله وبأقل كلفة ممكنة، فلنتخيل حواسيبًا خارقة األداء يمكن وضعها على رؤوس

والتي يمكن لنا األقالم والدبابيس، ولنتخيل أسطوال من روبوتات النانو الطبية واألمراض واألورام الجلطات الدموية حقنها في الدم أو ابتالعها لتعالج

.المستعصية

النانو لها تأثير كبير في تحسين أحوال معيشة الكثير من تقنية إن تطبيقات هي مجال حديث وسوف يعطي النانو تقنيةالناس في العالم الثالث. وبالتأكيد

ة بل وغير مكلفة لكثير من المشكالت المزمنة في حلوال جذرية وغير تقليديالنانو تساهم بشكل أو بأخر في تقنيةومن هنا نالحظ ان تطبيقات .العالم النامي

7

الحد من الكوارث اذا ما تم تسخيرها بشكل فعال ومن قبل متخصصون وخبراء الستخدامها بالشكل األمثل.

خدام النانو تكنولوجي لضمان قوة مبادرات خاصة الستبعض البلدان النامية أطلقت مليون دوالر من خالل وزارة العلوم 21اقتصادها ومثال ذلك الهند التي خصصت

.م2119م إلى 2114ألبحاث النانو تكنولوجي في األعوام من تقنيةوال

وقد أدركت حكومة المملكة العربية السعودية هذه الحقيقة واإلمكانيات الكامنة ألة التنمية وما قد تساعد به في التغلب على المشاكل التي لهذه التقنية في مس

لذا فهي تسعى كغيرها من الدول إلى تبني التقنيات التي من ،تعاني منها المملكةشأنها تطوير تلك اإلمكانات. وهذا االهتمام يأتي من أعلى مستوى فكانت المبادرة

مليون ريال لدعم 36الكريمة من خادم الحرمين الشريفين في التبرع بمبلغ األبحاث في تقنية النانو في عدة جامعات سعودية، كما وجه المسؤولون في المملكة بضرورة وضع خطة وطنية بعيدة المدى في مجال تقنية النانو كجزء من

.الخطة الشاملة للعلوم والتقنية

النانو تقنية. 2

نعلم ان الذرات تتجمع لتكون المواد في حالتها المعروفة من المواد االحديد والذهب والماس وغيرهلنحصل على المعروفة التي نستخدمها في حياتنا اليومية، والمركبات على صورتها وجدت في الطبيعة والمركبات هذه المواد

تعرفنا المعروفة. ومن خالل الدراسات والبحوث العلميةلتصبح من المواد لها ودرسنا خواصهاعلى التركيب الذري

سية في حياتنا تقوم عليها الصناعات والتقنيات التي األسا . تجعل من حياة األنسان اسهل واكثر رفاهية

وحدة بناء المواد هي الذرة. والذرة متناهية في الصغر إلىماليين ذرة هيدروجين جنبا 01حيث انه لو وضعت

ة السيطرة على الذر باإلمكانهل اآلنمليميتر. السؤال 0جنب فيكون طولها ريتشارد فاينمان األمريكيالواحدة وتحريكها بحرية؟ هذا التساؤل طرحه العالم

(Richard Feynman) هناك متسع في جملته المشهورة عندما قال 0959عاملقاها في الجمعية أالقاع! حيث كانت هذه العبارة عنوان لمحاضرته التي

مجموعة من العلماء. ، بحضور 0959للفيزياء في ديسمبر من العام األمريكيةتغيير خواص أي مادة اذا تم إمكانيةحيث طرح فيها العالم فاينمان تصوره على

وقد الن خواص المواد تعتمد على تركيبها وبنيتها البلورية ترتيب ذراتها إعادةكان ما يتحدث عنه فاينمان كما لو كان خياال علميا لم يصدقه العلماء حينها،

ريتشارد فاينمان

8

الوقت أي وسيلة يمكن بها تحريك الذرة في المادة التي لم يكون في ذلك ألنه .ترتيبها وإعادةونقلها من مكان لمكان يقل قطرها عن النانومتر الواحد

Gerd Bininigوزميله Heinrich Rohereتمكن العالمان 0980في العام

Scanningمن اختراع الميكروسكوب النفقي الماسح IBMالباحثان في شركة

Tunneling Microscopy (STM) مكنهم من التعامل المباشر مع الذرات الذيدقيقة جدا تستطيع تطبيق إبرةالثالثية من خالل أبعادهااألحادية للمادة وتحديد

شحنات كهربية سالبة الستشعار الذرات الموجودة على سطح العينة تحت الدراسةالعالمان من كتابة اسم وقد تمكن وتحديد شكل وترتيب الذرات فيها.( 0)الشكل

2الشركة التي يعمالن بها بذرات الزينون على شريحة من النيكل كما في الشكل

يوضح فكرة عمل إبرة 0شكل

الميكروسكوب النفقي الماسح

مكتوبا بذرات عنصر IBMشعار شركة 2شكل

الزينون على شريحة من النيكل

لم فاينمان حيث انتقلت نظريته من الخيال هذا االختراع هو الذي كان ينتظره العا. لم يكن فاينمان يعلم انه بأفكاره هذه قد العلمي إلى واقع ملموس يمكن ان يتحقق

اطلق الشرارة األولى لثورة القرن الحادي والعشرين والتي اطلق عليها العالم .Nanotechnologyالنانو تقنيةفي العام ب Norio Taniguchiالياباني

0991عام فعلينبأ العلماء بمستقبل واعد لهذه التقنية التي بدأت بشكل لقد ت

والتي باتت الدول الصناعية تضخ الماليين من الدوالرات من أجل تطويرها وقد أما ( إلى بليون دوالر.2116وصل تمويل اليابان لدعم بحوث تقنية النانو للعام )

، النانو تقنيةمجال في يعملونكي عالم أمري 41.111في الواليات المتحدة فهناك . 2115وتقدر الميزانية األمريكية المقدمة لهذا العلم بتريليون دوالر حتى عام

النانو هي الجيل الخامس لعلم اإللكترونيات في القرن الواحد تقنيةتعتبر والتي اإللكترونيةوالعشرين. حيث كان الجيل األول معتمدا على المصابيح

أجهزة الراديو والتلفاز، والجيل الثاني اعتمد على الترانسيستور استخدمت في الذي استبدل المصابيح اإللكترونية الكبيرة الحجم بقطع إلكترونية صغيرة مكنت

9

المصابيح اإللكترونية تقنيةمن صناعة أجهزة اصغر حجما وبكفاءة اعلى واستبدلت لى الدوائر المتكاملة اختزلت بالترانزستورات ثم دخل الجيل الثالث والذي اعتمد ع

وزادت كفاءتها ومن ثم جاء الجيل الرابع الذي اعتمد األجهزةحجم العديد من والذي microprocessorعلى المعالجات والتي تعرف باسم الميكروبروسيسور

احدث ثورة هائلة في مجال اإللكترونيات وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة االتصاالت .اآلنالتي نستخدمها

مصطلح نانو 0.2

النانو لنتعرف أوال على مصطلح نانو هذا المصطلح تقنيةقبل ان نوضح ما هي مشتق أساسا من كلمة نانوس اليونانية والتي تعني القزم الصغير وتستخدم

للداللة على واحد من المليار من المتر.

سنتمتر يعادل واحد من مائة جزء من المتر 0

ن الف جزء من المترمليمتر يعادل واحد م 0

ميكرومتر يعادل واحد من مليون جزء من المتر 0

نانومتر يعادل واحد من مليار )الف مليون( جزء من المتر 0

مليون 0111ر النانومتر الواحد حيث ان المتر يعادل ومن هنا نالحظ مدى صغذرة هيدروجين بجانب بعضها البعض كما 03والنانو متر يعادل طول ،نانومتر

. 3في الشكل

ذرة هيدروجين قطر كل ذرة 03يوضح مقدار النانو متر من خالل 3الشكل

نانومتر 0.75يعادل

وهو قطر شعرة اإلنسان والتي تبلغ لتوضيح مقدار صغر مقياس النانو مثال اخر ميكرومتر أي ان تعادل على مقياس النانومتر ما يعادل 011في المتوسط

ميكرومتر أي ما يعادل 2.5كرية الدم الحمراء نانومتر وقطر 100,000 0111ميكرومتر أي ما يعادل 0نانومتر في حين ان طول البكتيريا هو 2500

وقياساتها. بعد المواد أحجاميوضح بعض 4نانومتر والشكل

استخدمت وحدة النانومتر كوحدة قياس أطوال األشياء الصغيرة جدا والتي ال وسكوب اإللكتروني. وتستخدم للتعبير عن أبعاد الذرات ترى إال بواسطة الميكر

وأنصاف أقطارها وكمقياس للخاليا والجسيمات المجهرية.

10

النانو عرفها أجدادنا المسلمين منذ القرن السابع عشر تقنية 2.2

النانو استخدمت تقنيةتجدر اإلشارة هنا إلى ان تقنيةمنذ زمن طويل فقد أستخدم الحرفيين

في صناعة السيف الدمشقي في فترة ترجع النانوالقرن السابع عشر فالسيف الدمشقي المحدب إلى

الشهير الذى استخدم ضد الفرسان المسيحيين في الحروب الصليبية الذي كان النانو تقنيةقويا بشكل غير تقليدي ويفسر العلماء ان صانعو هذا السيف استخدموا

قدة بيد أن أسرار هذه التقنيات فقدت في حيث عولج الصلب بعد ذلك بطريقة معإلى ان تمكن العلماء من إزاحة الستار عن أسرار السيف الدمشقي .08القرن

وكانت النتائج مدهشة. فقد كشف تحليل لواحد من الشفرات دقيقة التكوين صنعت خالل القرن السابع عشر عن وجود أثار ألنابيب متناهية الصغر من الكربون

كما وجدت بقايا .سطوانات دقيقة من الكربون ذات مواصفات خاصةعبارة عن أألسالك متناهية في الصغر من الكربيد. هذه األسالك المصنوعة من مادة شديدة الصالبة ربما احتوت داخلها على أنابيب متناهية الصغر من الكربون وأنها هي التي

أعطت للسالح قوته غير الطبيعية.

القرن التاسع لىإفتره ترجع كذلك في في بالد ما بين النهرين لتوليد بريق ألسطح

ايا من العصور األواني وتوجد حتي األن بقومازالت تحتفظ الوسطي وعصر النهضة

حيث وجدوا ببريقها النحاسي أو الذهبيبعض من جزيئات النانو في هذه األواني مسئوله عن تغيير لون األناء فعندما ينفذ

يأخذ اللون الوردي وعندما ينعكس الضوء من األناء يأخذ اللون الضوء من األناء .األخضر

النانو تقنية نبذة عن. 3

األجهزةالنانو اهتم العلماء بتصغير المواد المستخدمة في تصنيع تقنيةقبل ظهور مقياس الميكرومتر ومن هنا ظهر إلىحتى وصلوا بالصغر واإللكترونيةالكهربية

لعديد من المسميات مثل الميكروسكوب والميكروويف مصطلح الميكرو في ا باألجهزةوالميكروفون والميكروبورسسور وغيرها من المسميات المتعلقة

ان العلم بعد رتشارد فاينمان اصبح ينتج ما هو اصغر من الميكرومتر إالالدقيقة. تقنيةالنانو ليحل محل تقنيةلتصبح في مستوى النانو وبدأ استخدام مصطلح

فهناك المعالجات النانوية اصغر حجما واكثر كفاءة األجهزة فأصبحتالميكرو

11

األسماءالنانوية كل هذه واألقمشةوالطالء النانوي والمستحضرات الطبية النانوية .تصنع من مواد نانوية جديدة وأصبحتالنانو تقنيةظهرت لتطور

من خالل التحكم في جديدة وأنظمة وأجهزةالنانو على بناء مواد تقنيةتقوم واستغالل الخواص الجديدة.المادة على المقياس النانوي

النانو بانها العلم الذي يهتم بدراسة ومعالجة المادة على تقنيةيمكن تعريف والجزيئي. البتكار تقنيات ووسائل جديدة تقاس أبعادها المقياس الذريتتراوح بين خمس معات ذريةتقوم على التعامل مع تج تقنية إنهابالنانومتر. أي

والخلية الحية وتهتم ذرات إلى ألف ذرة. وهي أبعاد أقل كثيرا من أبعاد البكتيريابدلها ذرة لعنصر آخر، ضع نستبدل ذرة عنصر ونحيث يمكن ان بخواص المواد.

وهكذا نستطيع صنع شيء جديد ومن أي شيء تقريبا. وأحيانا تفاجئنا تلك المواد م نكن نعرفها من قبل، مما يفتح مجاالت جديدة الستخدامها بخصائص جديدة ل

الترانزيستور.اكتشاف عند وتسخيرها لفائدة اإلنسان، كما حدث قبل ذلك

أهمية المواد النانوية .4

لخواصها المميزة بهذه المواد يزداد االهتمام النانو على مواد نانوية تقنيةتعتمد نانومتر تظهر لها 011ن في حجم اقل من والجديدة حيث ان المادة عندما تكو

في صورتها لخواصها المعروفة األحيانخواص جديدة ومخالفة في كثير من . ويعود هذا االختالف في الخواص الطبيعية

هما: أساسيينإلى سببين

.( مساحة السطح0)

( تأثير الكم.2)

لتوضيح أهمية مساحة السطح في المواد cm 1ول ضلعه النانوية لنتخيل مكعب طوالمساحة 1cm3يكون حجم المكعب هو

وعند cm2 6الكلية ألوجه المكعب هي فان مساحة لجزئيينتقسيم هذا المكعب مع بقاء حجمه cm2 8اسطحه سوف تساوي

ثابتا وتخيل ماذا يحدث لو تم تقسيم المكعب لمليون جزء فان مساحة اسطح جميع

لنسبة المكعبات الصغيرة سوف تكون هائلة با أصبحتلحجمه وهذا يعني ان الذرات التي

كلما قسمت المادة على سطح المادة اكثر .5كما في الشكل ألجزاء ادق

زيادة المساحة السطحية مع 5الشكل

تقسيم المكعب لعدة أجزاء

12

وبالنسبة لتأثير الكم يظهر بوضوح ان هذه المواد لم تعد تخضع لقوانين الفيزياء الكالسيكية ألبعادها الصغيرة التي تقترب من األبعاد الذرية لذا فإنها تخضع

وانين فيزياء الكم والذي ينعكس على خواصها.لق

كما زداد يفان عدد ذراتها الموجودة على السطح تزداد مساحة السطح للمادة عندما وهذا يعمل على زيادة ، 6في الشكل

تفاعل المادة وتصبح ذات نشاط كيميائي اعلى. فذرات سطح أي مادة هي المسؤولة عن التفاعالت الكيميائية مع الذرات

لكترونات غير مقيدة إالمتالكها األخرىوهذا ما يفسر فعالية داخل المادة.

ونشاط أي مادة نانوية عن حالتها العاديةوكذلك تغير خواصها الكهربية

.والمغناطيسية والحرارية والميكانيكية

خصائص المواد النانوية . 5

لون والقوة والصالبة الفيزيائية والكيميائية كال النانوية تختلف خواص المواد والنشاط الكيميائي والتوصيل الكهربائي والخواص الحرارية

خواص المواد النانوية الميكانيكية: 5.0

تتغير خواص المواد على المقياس النانوي لصغر حجم الحبيبات المكونة لها وما له من اثر على زيادة المساحة السطحية بالنسبة للحجم فتزداد صالبة المواد

الواقع عليها. كذلك تكتسب المواد السيراميكية لإلجهادلفلزية وتزداد مقاومتها امتانة ال تمتلكها المواد السيراميكة المعروفة بهشاشتها. هذه الخواص التي تكتسبها

البترول أبارالمواد على المستوى النانوي جعلت لها تطبيقات هامة في مجال حفر لصالبة والمتانة للحفر تعتمد على مواد نانوية مثل والمياه باستخدام مواد شديدة ا

الحفر والقطع بدال من استخدام ألدواتكربيد التيتانيوم وكربيد التنجستن وأكسيد األلومنيوم أكسيدمواد نانوية من أصبحتالماس المكلف جدا. كما

عمرها بحمايتها من إلطالةالزركونيوم يستخدم في طالء محركات السيارات والتآكل. كما دخلت المواد النانوية في صناعة هياكل السيارات والطائرات الصدأ

% من المواد العادية.311من بأكثروالمركبات الفضائية لتزيد من قوة تحملها

يوضح زيادة عدد الذرات 6الشكل

السطحية في المواد النانوية

13

الخواص المواد النانوية الكيميائية 5.2

تمتلك المواد النانوية نشاط كيميائي كبير بسبب الزيادة الكبيرة في مساحة الخارجية لهذه األسطحح بالنسبة للحجم ووجود عدد كبير من الذرات على السط

مؤلفة من nanocatalystsتستخدم كمواد محفزة تعرف باسم فأصبحتالمواد. وتستخدم هذه نانومتر لقطر الحبيبة الواحدة 011حبيبات دقيقة بمقياس

ة لتلعب المواد المحفزات في تحويل الغازات السامة والضارة إلى غازات غير ضار النانوية دورا أساسيا في الحد من تلوث البيئة.

كذلك استخدمت المواد النانوية المصنعة من البالتين في تصنيع خاليا الوقود وقد تصبح هذه الخاليا من احد اهم مصادر الطاقة الجديدة

خواص المواد النانوية الفيزيائية 5.3

الخواص حرارية 5.3.0

اد الفيزيائية على المقياس النانوي فمثال درجة انصهار الذهب تتغير خواص الموولكن الذهب المصنع بترتيب الذرات على المقياس النانوي 1064oCالعادي هو

1.35nmعندما تكون حجم حبيبات الذهب 500oCحوالي فتصبح درجة انصهاره

وتقل درجة االنصهار هذه كلما قلت حجم حبيبات الذهب.

ضوئيةالخواص 5.3.2

311الذي يكون حجم حبيباته حوالي فالذهب النقي أيضاالخواص الضوئية تتغير حبيباتهولكن اذا تم تصغير الذهبي األصفرنانومتر في الحالة الطبيعية هو اللون

نانومتر تصبح عديمة اللون وشفافة. ومع تصغير حجم الحبيبات 21من ألقلوهذا 7كما في الشكل األحمرقالي وثم ثم البرت األخضراكثر يتحول لونه للون

. ومن تطبيقات هذه الحبيبات واختالف تشتت الضوء عليه أقطاربسبب تغير الخاصية هو صناعة شاشات جديد فائقة الدقة وبالوان اكثر تباينا ونقاًء.

تغير لون الذهب حسب حجم حبيباته 7الشكل

14

الخواص مغناطيسية 5.3.3

ة المصنع منها المغناطيس كلما ازدادت القوة كلما صغرت حبيبات المادالمغناطيسية وهذا سيكون لها تطبيقات واسعة في صناعة مولدات كهربية

التشخيص أجهزةفي بكفاءة اعلى وحجم اصغر، كما سوف تستخدم ومحركات الطبي مثل الرنين المغناطيسي.

الخواص الكهربية 5.3.4

ة المساحة السطحية انعكس على الخواص صغر حجم حبيبات المواد النانوية وزيادالكهربية فالمواد العازلة مثل البوليمرات أصبحت على المقياس النانو موصلة وتمتلك قدرة على توصيل التيار الكهربي لتستخدم في نقل التيار الكهربي بدال

كذلك ارخص. البوليمراتمن استخدام أسالك نحاسية مكلفة الثمن في حين ان صالت تصبح موصلة على المقياس النانوي فيصبح السليكون موصال جيد أشباه المو

للتيار الكهربي.

من هذه الخواص الجديدة التي امتلكتها المواد النانوية نالحظ مدى أهميتها في الحصول على تطبيقات تقنية كثيرة لتدخل مواد جديدة مثل السيراميك

استخدمها فيها. في تقنيات لم يكن لخواصه العادية والبوليمرات

التراكيب النانويةالمواد النانوية و. 6

جميع المواد من فلزات وأشباه موصالت وزجاج وسيراميك وبوليمر يمكن ان تشكل المادة الخام األولية للحصول على مواد نانوية وهناك العديد من الطرق

أساس لتحضيرها. وتتنوع أشكال المواد النانوية في تراكيب مختلفة تصنف علىأبعادها في الفراغ فهناك تراكيب ذات بعد واحد وتراكيب ذات بعدين وتراكيب

الثالث ثالثية األبعاد، وتندرج كافة التراكيب النانوية تحت هذه التصنيفات :ونذكر منها ما يلي

I – التراكيب النانوية أحادية األبعاد

مثل األفالم 100nmهذه التراكيب التي يكون احد أبعادها في حدود اقل من الرقيقة والتي تستخدم في طالء األسطح. فعلى سبيل المثال تطلى اسطح المواد الفلزية بطبقة نانوية تمنعها من الصدأ ا وان طالء الجدران الداخلية للمعلبات الغذائية لتحميها من الميكروبات وطالء شرائح السليكون للحصول على الخاليا

اللمس ونوافذ أجهزةايتها من الخدش كشاشات الشمسية، وطالء األسطح لحم السيارات.

15

II – التراكيب النانوية ثنائية األبعاد

مثل nm 100نانوية ال تزيد عن بأبعادهذه التراكيب التي يكون فيها بعدين النانوية. وتمتلك هذه واألليافالنانوية واألسالكالكربون النانوية أنابيب

. فتزداد مقاومة وفيزيائية وميكانيكية غير تقليديةالتراكيب خواص كيميائية المواد للشد لتصل لمئات األضعاف مقاومة الصلب وتستخدم أنابيب الكربون النانوية كمواد داعمة ومقوية لقوالب الحديد لتصبح اشد صالبة. وأنابيب الكربون

زة النانوية موصلة جيدة للكهرباء وتستخدم في تصنيع الخاليا الشمسية وأجه االستشعار الحساسة.

III – تراكيب نانوية ثالثية األبعاد

وتكون في صورة 100nmهذه التراكيب التي يكون أبعادها الثالثة ال تزيد عن كريات نانوية او حبيبات نانوية وفي صورة مساحيق فائقة النعومة. وتتعدد

لتدخل في Fe3O4و Al2O3و TiO2و SiO2استخدامات هذه التراكيب مثل صناعة اإللكترونيات ومواد البناء وكذلك في األدوية واألجهزة الطبية الحديثة وتلعب حبيبات الذهب النانوية دورا هاما في القضاء على األورام الخبيثة في جسم اإلنسان من خالل محاصرة سالسل األحماض النووية لألورام والفيروسات التي

تهدد جسم اإلنسان.

Nanoballs كريات نانوية Nanotube أنابيب نانوية

Nanofibers ألياف نانوية Nanowires أسالك نانوية

بعض التراكيب النانوية 8شكل

16

النانو تقنيةالمستخدمة في األجهزة. 7

لدراسة خواص المواد ومكلفة جدا تستخدم أجهزة ومعدات ذات تقنية عالية :النانوية ومن هذه األجهزة

(SEM)الميكروسكوب اإللكتروني الماسح .0

يستخدم هذا الجهاز في دراسة وتحليل خواص العينات والتعرف على شكلها ويتيح ماليين مرة. 01قوة التكبير فيه لحوالي

(TEM)الميكروسكوب اإللكتروني النافذ .2

يستخدم هذا الجهاز في دراسة مورفولوجي السطح ويعمل على دراسة عمق العينة عاعه اإللكتروني ينفذ من العينة. ويستطيع فحص بنية العينة التركيبة في الن شالنانو لفحص المواد تقنية. وهو من اهم األدوات المستخدمة في nm 0.1حدود

النانوية وتحديد شكلها البلوري ودراسة العديد من الخواص الفيزيائية للعينة. للتعرف على مركبات EDXويمكن ان يدمج فيه محلل لطاقات تشتت أشعة اكس

.العينة ونسب تواجدها

(STM)الميكروسكوب الماسح النفقي .3

رفيعة جدا تستطيع ان إبرةيستخدم هذا الجهاز في فحص سطح العينة من خالل تتعامل مع ذرة واحدة من سطح العينة، وتقوم باستشعار كل ذرة من ذرات العينة

. وتجدر قطر ذرة من السطححركتها فوق السطح بمسافة ال تزيد عن أثناءاإلشارة هنا إلى ان هذا الجهاز يستخدم لدراسة اسطح المواد الموصلة للكهرباء من

خالل تسجيل التغيرات في الجهد الكهربي المتولد عن التيار النفي.

(AFM)ميكروسكوب القوة الذرية .4

اسة هذا الجهاز هو تعديل وتطوير للميكروسكوب الماسح النفقي ليتمكن من دراسطح المواد الغير موصلة للكهرباء، وتم تعديل مجس اإلبرة لتصبح ادق اكثر. ويقوم برصد التغيرات في القوة التجاذبية والتنافرية بين طرف المجس وذرات السطح من خالل تسجيل انحرافات شعاع ليزر يلتقطه مجموعة من الكواشف

ليرسم خريطة لتوزيع ذرات السطح.

(LSM)الماسح ميكروسكوب الليزر .5

جهاز جديد متطور تفوق دقتها الميكروسكوبات السابقة الذكر ويستخدم لدراسة خواص سطح العينة وتحديد البنية اإللكترونية مع تغير درجات الحرارة وتحديد

التركيب الكيميائي ودراسة الخواص الضوئية والحرارية.

17

لكتروني النافذالميكروسكوب اإل الميكروسكوب اإللكتروني الماسح

ميكروسكوب الليزر الماسح الميكروسكوب الماسح النفقي

في الحد من الكوارث النانودور تقنية . 8

المعروفة حتى يومنا للقرن الواحد والعشرون تاتقنيالنانو من اهم ال تقنيةتعتبر نوات هذا ويتزايد االهتمام بها يوما بعد يوم في كافة مجاالت الحياة. وفي الس

االختراعات واإلبداعات التقنية وتساهم تقنيةالقليلة القادمة سوف تقود تطبيقات بشكل كبير في تطوير االقتصاد.

في الكثير من مجاالت الحياة وتحل الكثير النانو دورا كبيرا تقنيةوسوف تلعب من خالل المواد والمنتجات األرضيةمن المشاكل التي تواجه البشرية على الكرة

والتي هي قيد البحث والتطوير. على سبيل المثال في يومنا اآلنالجديدة المتوفرة بليون شخص 1.1توفير مصدر مياه كافي للشرب لما يقارب إلىهذا نحتاج

النانو حلول عديدة تقنيةبليون شخص. توفر 2.6وبناء مصارف صحية لما يقارب

18

خصبة أراضيير. كذلك توفير ومنها تحت التطو اآلنوواعدة منها ما هو متوفر النانو الستصالح تقنيةصالحة للزراعة لتوفير الغذاء الالزم للبشرية يمكن ان يتم ب

النانو تقنيةللزراعة وزيادة خصوبتها لتصبح مناسبة للزراعة. كما تعد األراضي أشعةبتوفير خاليا شمسية ذات كفاءة عالية من مواد رخيصة الثمن لتحويل

الكثير من إلى باإلضافةاء لتشغيل المنازل والمصانع والسيارات. الشمس لكهربالمجاالت التي يمكن ان نتحدث عنها يبرز لنا موضوع من اهم المواضيع التي تهدد

الالزمة للدول المتقدمة والنامية على حد اإلمكانياتوهو األرضالبشرية على التي تضر بالبنية ناتوالفيضاسواء لمواجهة الكوارث الطبيعية مثل الزالزل

النانو من تقنيةفالتطورات التقنية التي اعتمدت على التحتية وتهدد مصادر المياه.استشعار ومجسات دفعت في اتجاه تطوير وأنظمةالسلكية وتبادل معلومات أنظمةللحد من الكوارث كتطوير مالبس مقاومة اإلنقاذالدفاع المدني ووحدات أجهزة

من الوصول الماكن تمكنها بأجهزة اإلنقاذوتدعيم عربات إلطفاءاللحرائق لرجال توفير إلىهذا باإلضافة بسبب االنهيارات األنقاضالمتضررين تحت إلنقاذحرجة

حلول للرعاية الطبية ومعالجة المياه وحلول لمشاكل الغذاء والتغذية التي تعد البروفيسور محمد يونس من اهم المشاكل التي تواجه الدول النامية. وكما يقول

."ريحد من مشاكل الفق تقنيةالحاصل على جائزة نوبل للسالم ان "الوصول لل

النانو ودورها تقنية أهمية فسوف نقوم باستعراض أهميةولما لهذا الموضوع من تقنيةفي الحد من الكوارث من خالل التقنيات المتوفرة حاليا والتي تعتمد على

النانو.

والطب في حالة الكوارث الصحية الرعايةية النانو في دور تقن 0.8

من االبتكارات الرعاية الصحية والطب الكثير في مجال تقنية النانو توفر ليس على والطب أدت إلى تقدم كبير في مجال الرعاية الصحية التي واالختراعات

مدار اليوم فقط ولكن حتى في الكوارث.

حد في ألقصىت الكوارث رفع مستوى الطوارئ معالجة المصابين في حاالتتطلب أي دولة واالستعانة بفرق متخصصة محلية ودولية. الكوارث الطبية تشمل كل التدخالت الطبية التي تتعامل مع كم المصابين والمرضى في حاالت الكوارث،

بعنايةويتطلب العمل في هذه الحاالت الوصول لكل مريض ومصاب ومعالجته اكثر أناسص مصابه بشكل سريع حتى ال يتفشى الوباء ويصيب ودقة بعد تشخي

الكافية اإلمكانياتمن عدم توفر أيضاوتعاني معظم الدول النامية والمتقدمة للتعامل مع كل المصابين في هذه الظروف بالسرعة والدقة المطلوبة فيموت

ان التعامل منهم الكثير ويتفاقم المرض مع البعض منهم وتزداد الحالة سوءا لو ك ما يمكن. بأسرعمع مرض وبائي يتطلب القضاء عليه

19

العملية الحلولدور تقنية النانو في توفير

في مثل هذه الحاالت يمكن االعتماد على تقنية النانو في الحد من الكارثة من وكذلك خالل التقنيات التي توفرها لمراقبة المريض وتشخيص حالته الصحية

بالمرض اإلصابةالمحيطين بالمريض من األشخاصا لحماية التقنيات التي توفره ومن الحلول التي تقدمها تقنية النانو ما يلي:

تقنيات للمرضى والمصابين :أوال

مختبر على شريحةاستخدام (0)

هو مختبر كيميائي على شريحة رقيقة ال تتجاوز أبعاده المليمتر الواحد إلى سنتيمتر يمتلك قدرة

ل قادر على التعامل مع كميات دقيقة مختبر تحليل كاممن السوائل بحجم ميكروليتر ويحللها ويعطي النتيجة

وقد تم تطويره بواسطة شركة سيمنز.

الميكروسكوب على الجوال (2)

بتمويل من البروفيسور محمد يونس German Phone Ltdقامت شركة ل قادر على إرسا CellScopeيسمىبتطوير ميكروسكوب مدمج مع الجوال

صور دقيقة وتحليلها لتشخيص اإلصابات واألمراض واستخدمت في العناية الصحية في بنغالديش. وقد مكنت تقنية النانو من إطالة عمر البطارية وقدرة

التخزين لهذه األجهزة لتصبح فعالة في األماكن النائية.

بدال من الغرز ضمادات جروح مضادة للبكتيريااستخدام (3)

األلمانية من الياف نانوية من مواد بوليميرية Philippsجامعة طور باحثون فيمن مشتقات السليلوز يمكن وضعها على الجروح لتعمل على التأمها بدون الحاجة إلى الغرز التقليدية التي تأخذ وقت وتتطلب مهارة وهذه يمكن بسرعة وبسهولة

تطبيقها على الجرحى في الكوارث وغيرها.

20

والرعاية الصحية مطياف نانوي للطب (4)

جاري العمل على تطوير مطياف نانوي من خالل شركة Opsolution NanoPhotonics األلمانية يقوم بقياسات

عن بعد ألي شخص للحصول على معلومات حول سالمته الصحية يمكنه الكشف عن مستويات السكر في الدم ويأمل

معه الباحثون على تثبته داخل جهاز الجوال ليحمله الشخصوقد استخدم بالفعل في عادم السيارات لقياس الغازات السامة

المنبعثة من أي سيارة حيث لم يكن هذا األمر ممكنا في السابق. ويعتبر جهاز شامل للرعاية الصحية يمكن ان يكون ذو قيمة كبيرة في الكوارث لمعرفة

إرسال األشخاص المحتاجين لتدخل طبي سريع حيث ان الجهاز سوف يعمل على معلومات طبية حول مستخدمة لمركز الرعاية الصحية.

التقنيات التي توفر الحماية من انتقال العدو وانتشار األوبئة :ثانيا

استخدام إسفنجة نانوية اللتئام الجروح (0)

وهي مواد ،مواد مبتكرة من المعقمات طويلة المدى أيام 01تعقيم تقضي على الميكروبات لمدة تزيد عن

نانوية تحتوي إسفنجةتوضع على أي سطح بواسطة وعلى حبيبات نانوية من الفضة طورتها شركة

Adexano وتستخدم في تعقيم األدوات األلمانية والمعدات الطبية أيضا.

استخدام اقمشه مزودة بمواد مبيدة لألوبئة( 2)

طاردة استخدام مركبات نانوية في إنتاج األقمشة فتح إلمكانيات جديدة لمالبسللبعوض خصوصا في المناطق التي تنتشر فيها المالريا. تعرف هذه المالبس باسم

ZeroFly وهي عبارة عن شريحة بالستيكية تحتوي على غطاء سطحي نانوي منمبيد حشري. يعمل هذا السطح على توفير الحماية الالزمة ضد الحشرات له أهمية

رث التي قد تنتقل بالبعوض والحشرات كبيرة في منع انتشار األمراض أثناء الكوا األخرى.

تغليف وتعبئة وتبريد ذكية أنظمةاستخدام ( 3)

مصنعة من مواد نانوية مسامية الحساسة األدويةتحافظ على درجة حرارة أوعية وخصوصا أثناء النقل الماكن ألخرنقلها من مكان أثناء تقلل من فقد الحرارة

هذه تحتوي تبريد ويمكن استخدامها لألطعمة. الكوارث حيث ال يوجد كهرباء للوكم تبقى محتوياتها ذكية من مجسات تشير لدرجة سالمة أنظمةعلى األغلفة

تحتوي على غالف مدمج به حبيبات الفضة النانوية لمنع من الوقت قبل ان تفسد و التلوث.

21

مبردات تعمل على خاليا الوقود( استخدام 4)

من تطوير صندوق Russelsheimلتطبيقية في طور طالب من جامعة العلوم اثالجة تعمل بخاليا الوقود لتبريد المواد الحساسة للحرارة ال تحتاج أي مصدر كهربي وتعمل لفترة طويلة استخدمت فيها تقنية النانو لزيادة كفاءة خاليا

الوقود وكذلك كفاءة الجدار العازل لعزل الحرارة.

العاملين في الدفاع المدني واإلنقاذ أداءر دور تقنية النانو في تطوي 2.8

في مواجهة الكوارث

في الكثير من األهميةفي غاية أمرايعتبر األشخاصاستخدام معدات حماية الوظائف المهنية، من هذه المعدات السترات الواقية من الرصاص والخوذات

اري من وغيرها. تصمم معدات الحماية الشخصية لحماية موظفي الطو واألحذيةبمالبس خاصة اإلطفاء، فمثال رجال مهامهمتأدية أثناءقد تصطدم بهم أشياءأي

تمكنهم من أداء عملهم بكفاءة وسالمة وأمان. هذه المالبس يجب ان تكون مصنعة من مواد مقاومة للصدمات ومقاومة لألثار الميكانيكية والحرارية ومضادة للتلوث

اد الخطرة من سوائل وغازات وال تلتصق بها البيولوجي والمواد السامة والمو األغبرة والركام.

العمليةالحلول دور تقنية النانو في توفير

مواد طالء مصنعة من مواد نانوية قادرة على تفوقت تقنية النانو في توفير إكساب المواد التقليدية من مالبس وأنسجة بمختلف أنواعها وتكسبها خواص

مل مع حاالت الطوارئ وخصوصا لرجال اإلنقاذ لتجنبهم جديدة مناسبة جدا للتعاومن هذه التقنيات ما يكفل للرجال اإلنقاذ ألداء مهمتهم الكثير من المخاطر.

بنجاح باألساليب التي وفرتها تقنية النانو على النحو التالي:

أوال: المالبس األقنعة

زيادة المقاومة ضد الطعنات الحادة (0)

تجعل األنسجة كما لو كانت أنظمة دفاع ضد الرصاص طالء بمحاليل نانوية مواد حادة أووحتى الطعنات مما يحمي مرتديها من رجال اإلنقاذ من أي زجاج

متناثرة. تم تطوير محاليل الطالء النانوية بواسطة مركز أبحاث شركة Textilforschungszentrum Nord-West.

22

س نظارات مطلية بطبقات حماية مضادة لالنعكا (2)

والضباب

أفالم بولميرية بمسامات نانوية يمكن ان تغطي الخوذات والنظارات تسمح بالرؤية في الضباب وتجعل عمل رجال اإلنقاذ ممكنا في الظروف الغير طبيعية. توضع هذه األفالم على شكل طالء على العدسات والزجاج وشاشات المراقبة ويتطلب لعمل

واألفضل ان يكون 1.3اصغر من الطالء مواد بمعامل انكسار هذا باستخدام إالاال انه ال يمكن الحصول على هذه القيمة 1.22

De Cieطبقات أفالم البوليمر النانوية. كما ان شركة

GmbH طورت جسيمات نانوية بوليمرية لها تستطيع القيام بوظائف عضويةحتى في تقاوم الضباب واي سطح توضع عليه هذه المادة يوفر رؤية واضحة

درجات الضباب الكثيف.

أقنعة مزودة بفالتر تنقية (3)

أنسجة دقيقة من الياف الفيبر النانوية قادرة على ترشيح الهواء وتنقيته من ادق الكائنات واألغبرة في حاالت الطوارئ لتوفير الحماية لرجال اإلنقاذ ألداء مهامهم

التي قد تكون في المكان التي ال يمكن القيام بها بدونها لحساسية درجة التلوث المتعرض لكارثة.

مالبس موصلة للكهرباء للمراقب الطبية استخدام (4)

يعكف مجموعة من الباحثين في العديد من المراكز البحثية تحت برنامج أنظمة الحماية واألمان لخدمات الطوارئ البتكار أنسجة مدمج بها مستشعرات حساسة

ة اتصال مع رجال اإلنقاذ بمقر القيادة توفر وسيل SensProClothتعرف باسم لتبادل المعلومات وإرسال التعليمات واالطمئنان على حالتهم الصحية قبل ان

يتعرضوا لحرارة مرتفعة أو بيئة عمل ملوثة كيميائيا أو إشعاعيا.

والتنقيب عن الناجينأجهزة البحث :ثانيا

صدحشرات مجهزة بمستشعرات ومجسات للتنقيب والراستخدام (0)

على التقاط ةقادرقام فريق بحثي بابتكار بمعدات نانوية الطاقة من حركة أجنحة حشرة خنفساء تعرف

تثبيت تقوم على . والفكرة Green June beetle باسممولدين صغيرين على كال الجناحين لتوليد الطاقة الكافية لتشغيل أجهزة البحث والتصنت مثل كاميرا

البحث عن لهذه الحشرات يمكن ميكرفون. أوصغيرة تشكل خطر على التي في األماكن الناجين في األنقاض و

23

قد تؤدي بحياة إشعاعات أو غازات األنسان الدخول فيها إلمكانية حدوث انهيارات أو المنقذ

استخدام أدوات قوية للحفر (2)

استخدمت حبيبات كربيد التيتانيوم النانوية وحبيبات كربيد التنجستن النانوية صناعة أدوات حفر وقطع فائقة الصالبة قادرة على الحفر في الصخور العالية في

الصالدة بسرعة تفوق مواد الحفر المصنعة من الماس. بهذه األدوات يمكن بسرعة الوصول إلى أي شخص تحت األنقاض وإنقاذ حياته.

الكوارث للحد من البناء واإلسكاندور تقنية النانو في 3.8

الصناعية والمنشآتمباني لل الزل من دمار هائل في المكان من تدميرما تخلفه الزبالقرب من مفاعل نووي اذا تواجد إشعاعييهدد المنطقة خطر األحيانوفي بعض

وتتعطل . 2100 منطقة الزلزال مثل ما حدث في اليابان في مفاعل فوكوشيماشرد األف الناس ممن شبكات المواصالت واالتصاالت وتدمر البنية التحتية. كما يت

تهدمت أو تصدعت منازلهم.

تجهيز مساكن بسرعة لتوفر مأمن ألكبر عدد ممكن من المتضررين يعتبر تحدي يواجه فرق اإلنقاذ في المناطق المتضررة. الخيار األسهل واألسرع هو استخدام الخيام ألنها رخيصة وسهلة النقل والتركيب. ولكن الخيام ال توفر

طلوبة من ظروف الطقس وال من انتشار األوبئة واألمراض، عالوة على الحماية الم ول مؤقتة ال تتجاوز بضعة أسابيع.انها حل

التحدي األكبر الذي يواجه الدول النامية باألخص هو ظروف الطقس الحرجة منخفضة لدرجة التجمد هذا عالوة على أوان تكون الحرارة عالية جدا فإما

ان الخبراء في مجال اإلنقاذ يفكرون في حلول ناجحة تساقط المطر. ولهذا ف ومعقولة.

أسياالالتينية وبعض المناطق في وأمريكيا أفريقياكما ان بعض المناطق مثل يستخدم الطين أو أخشاب البامبو لبناء المنازل وعند تعرض هذه المناطق

هنا يمكن ان لفيضانات ومياه أمطار غزيرة ال تستطيع هذه المباني تحمل المياه وما هو ومن هذه الحلول الكوارثالنانو لوضع حلول لمثل هذه تقنيةتتدخل

إسكانمخصص لتوفير مباني قوية تقاوم الهزات األرضية وحلول أخرى لتوفير :مؤقت للمتشردين وهذه الحلول على النحو التالي

24

العمليةالحلول دور تقنية النانو في توفير

زالزلأوال: حلول لمقاومة ال

في البناءاستخدام اإلسمنت الفائق األداء (0)

من السليكا أنتجتها بمركبات نانوية اإلسمنت فائق األداء هو إسمنت مخلوط تعمل على زيادة متانته لتصبح اكبر بعشرة مرات لتصل NANODURشركة

واألنفاقوالجسور األبنيةلقوة الحديد الصلب في مقاومته وقوة تحمله مما يجعل المقوى بمواد اإلسمنت قوة وتحمل للكوارث كالزالزل. وقد استخدم هذا اكثر

األمريكيةنانوية في بناء محطة قطارات في والية ايوا بالواليات المتحدة

ألسطح المبانيحماية استخدام الطالء النانوي لتوفير (2)

يمكن استخدامها مع يوفر الطالء النانوي حماية دائمة من ظروف الطقس والتلوث.المباني القائمة إلطالة عمر البناء من خالل حماية الخرسانة من التأكل والتصدع

يعمل هذا الطالء على تقليل التصاق الماء بجدران المنزل بسبب الظروف الجوية. فال تعلق قطرات المطر على الجدار وال يبتل كما في األسطح العادية.

ثانيا: حلول للمتضررين من الكوارث

في بناء المالجئ قمشة اإلسمنتيةاألاستخدام (0)

بدال من المالجئ التي تنشئ من الخيام الغير صحية والمؤقت يمكن االستفادة من الحديثة التي وفرت أقمشة إسمنتية يمكن تركيبها وتشكيله في صورة تقنيةال

خيمة إسمنتية مدعمة بكافة وسائل الحماية والسالمة والوقاية من األمراض, 41ن يقوما بتحويل األقمشة اإلسمنتية إلى خيمة في خالل يستطيع شخصين ا

مادة صلبة في إلىدقيقة وال يتطلب مواد بناء إال الماء والهواء لتحويل القماش ساعة. 02خالل

أربعة خطوات لتجهيز ملجئ إسمنتي من األقمشة اإلسمنتية

نوية النا باألليافوفراش يسخن كعازل حراري رغوة نانوية استخدام (2)

على العمل على توفير مواد مسامية نانوية تستخدم كعازل األنيعكف الباحثون جسم توضع عليه هذه المادة في صورة أليحراري لتقليل التوصيل الحراري

الجوية الظروفالمالجئ من تعمل هذه الرغوة النانوية على عزل رغوة نانوية.

25

تتوفر مع حدوث كارثة. كما يعمل قلل من استهالك الطاقة التي قد التقاسية والالباحثون تطوير فراش مدمج بها الياف من الكربون النانوي موصل للكهرباء يمكنه بطاقة قليلة من بطارية تسخين الفراش بدون أي خطر يذكر وحتى لو تقطعت

النانوية تستمر بالعمل. األليافبعض

حالة الكوارث في الطاقة واالتصاالتدور تقنية النانو في توفير 4.8

يعتمد العالم على الطاقة واالتصاالت في تسير كافة أمور حياتهم اليومية، وعند حدوث كارثة ما في منطقة فان البحث عن بديل للطاقة يعد من التحديات التي تواجه لجان الطوارئ. كما ان االعتماد على الهواتف المحمولة اصبح من اهم

االتصاالت فحسب بل للحصول على إلجراءليس األدوات المستخدمة في االتصاالتأيضا. وفي حالة الطوارئ يعتمد اعتمادا كبيرا على الطاقة الكهربية معلومات

واالتصاالت إلنقاذ المتضررين والتواصل بين فرق اإلنقاذ.

لنتصور حالة مدينة أصابها إعصار ثلجي مصحوبا برياح شديدة أدت إلى خلع بيرة من شبكات الكهرباء. انقطعت الكهرباء وتوقف األشجار وتحطيم أجزاء ك

إمداد المياه وتوقفت االتصاالت وحركة القطارات. أعلنت الدولة حالة الطوارئ في تلك المنطقة وتحرك رجال اإلطفاء والدفاع المدني لترميم ما يمكن ترميمه

ن وإزالة العوائق التي سقطت على الطرق الرئيسية، وتحركت فرق لتوفير أماكدافئة وفتحت أماكن لتوزيع األغذية والمعدات الالزمة للمتضررين. إال ان فرق اإلنقاذ ليس لديهم وسائل اتصال أو توفير طاقة إال من خالل مولدات الطوارئ

لتشغيل المستشفيات.

العمليةالحلول دور تقنية النانو في توفير

في توليد الطاقة نانويةالشمسية المحطات استخدام ال (0)

النانو من تحسين تقنيةاصبح األن من الممكن بفضل أداء الخاليا الشمسية المعتمدة على أشباه الموصالت ليصبح باإلمكان االعتماد عليها كمصدر مناسب لتوليد الطاقة الكهربية من أشعة الشمس بكفاءة تحويل عالية.

النانو المواد شبه الموصلة بخاليا تقنيةاستبدلت عضوية رخيصة وكفاءة اعلى. شمسية من مواد

تستطيع الواح الخاليا الشمسية المطلية بمواد نانوية ، وهي قيمة اعلى بثالثة مرات من القيمة Watt 220من توفير طاقة بمقدار

التي نحصل عليها من الخاليا الشمسية التقليدية. وأول نموذج عملي للنوع الجديد 1500قادر على تزويد طاقة بمقدار من الخاليا الشمسية تم ترخيصه لالستخدام

DDC. تعرف هذه الخاليا باسمNanosolar وهو اسم الشركة التي تنتج هذه .األلواح

26

خاليا وقود مبتكرةاستخدام (2)

باستخدام الكترودات مصنعة من تراكيب نانوية خاليا أصبحتنانوية وأغشيةومحفزات ضوئية

الهيدروجين الوقود تتمتع بكفاءة تحويل تمكنت شركة كسجين إلى كهرباء. واأل

Schunk Bahn األلمانية من إنتاج خاليا وقودتتكون من الواح ثنائية القطبية قادرة على إنتاج الطاقة الكهربية. يمكن استخدامها لتشغيل األجهزة

الكهربية في المستشفيات وأجهزة الكمبيوتر وأجهزة الجوال في حالة الطوارئ.

موقد الحطباستخدام (3)

النانو تقنيةالتقليدية مع تقنيةطورت مجموعة شركة فيلبس منتج يجمع بين التعرف باسم فرن الحطب. في معظم الدول النامية الزال الكثيرون يعتمدون على الحطب في إعداد الطعام، وكثير من األشخاص يتعرض النبعاثات الدخان الضار الناتج من

بحوالي احتراق الحطب الخشب. ونتيجة لذلك يقدرمليون ونصف في الدول الفقيرة يموتون بسبب الغازات

السامة المنبعثة من أماكن االحتراق.

الموقد التكنولوجي الجديد مجهز به مولد كهروحراري النانو ينتج تيار كهربي من حرارة االحتراق. تقنيةب

يستخدم التيار الكهربي الناتج في تحريك الهواء ليحسن ب. بهذه الطريقة يقل استهالك عملية احتراق الخش

%. هذا بالتأكيد 81الحطب وكذلك تنعدم تقريبا الغازات المنبعثة بنسبة ينعكس على صحة المستخدمين ويوفر استهالك األخشاب. ويمكن بالتالي استخدامه

كوسيلة إلعداد الطعام في حالة الطوارئ أيضا.

الكوارث دور تقنية النانو في الحد من التلوث الناجم عن 5.8

يصاحب أي نوع من الكوارث تلوث بيئي ناتج عن تلوث الهواء والماء والتربة بمواد الثقيلة الفلزاتالكربون والكلوروفلوروكربون وعناصر أكسيد أولضارة مثل

ومواد عضوية النيتروجين وأكاسيدمثل الخارصين والرصاص والزئبق والزنك كبات هيدروكربوينة، كذلك ت ومرالكبري أكسيدسريعة التطاير وغاز ثاني

تسرب الزيوت والوقود وغيرها من المواد الكيميائية إلى مصادر المياه الجوفية. وهنا يجب العمل وبسرعة لتنقية الهواء والماء مما اصابه من تلوث وقد ساهمت تقنية النانو بتقديم الكثير من الحلول العملية لحل هذا النوع من المشاكل ومن

ول ما يلي:هذه الحل

27

أوال تنقية الهواء

استخدام أجهزة استشعار مبتكرة (0)

باستخدام تقنية النانو تم تطوير مجسات نانوية يمكن استخدامها بفعالية في الكوارث لمراقبة تلوث المنطقة بالمواد الكيميائية ورصد األماكن التي يتوجب إخالؤها وتعمل هذه المجسات على رصد أي غازات غير عادية

ترسلها كبيانات تحليلية في نفس اللحظة مع تحديد و المكان الجغرافي.

المحفز الضوئي لتنقية الهواءاستخدام (2)

من حبيبات من ثاني ( photocatalyticاكتشف الباحثون محفزات ضوئية نانوية )تقوم بتقليل مستويات التلوث بالتخلص من 10nmبحجم TiO2التيتانيوم أكسيد

والمركبات العضوية من الهواء وتقوم هذه وأبخرة الزئبق أكسيد النيتروجين المحفزات الضوئية النانوية التي تمتاز بمساحة سطحية كبيرة بالرغم من صغر

أشعة الشمس في تنشيط تفاعالت فوق البنفسجية من األشعة حجمها باستغاللغير وتحولها لغازات كالبكتيريا كيميائية مع الغازات والمواد الضارةاكسده

ضارة. وهذا سوف يضمن تقليل انتشار األمراض واألوبئة في المناطق المصابة بالكوارث.

ثانيا تنقية المياه

استخدام تقنية النانو في تحلية مياه البحر (0)

تستخدم اغشيه نانوية تعمل بتقنية التناضج العكسي الذي يجبر الماء على الدخول الماء وتمنع األمالح المذابة فيه. في هذه األغشية النانوية التي تسمح بمرور

وتصنع األغشية النانوية من أنابيب الكربون النانوية. ثم تستخدم حبيبات نانوية لتطهير المياه المرشحة من 20nmمن أول أكسيد الماغنيسيوم بقطر ال يتجاوز

البكتيريا والجراثيم لتصبح جاهزة للشرب.

استخدام مرشحات نانوية لتنقية المياه (2)

من 3nmرت تقنية النانو مرشحات فائقة قادرة على ترشيح العوالق بقطر وفالمياه وتستخدم هذه المرشحات طبقات مصنوعة من الياف زجاجية ذات مسامات

واي مواد يزيد تسمح بمرور المياه فقط وتحجز الفيروسات والبكتيريا نانويةعة رايس من تصنيع قطرها عن المسامات النانوية. وقد تمكن فريق بحثي في جام

مرشحات نانوية من مواد سيراميكية من أكسيد الحديد تعرف باسم األغشية التفاعلية تقوم أيضا بتنقية المياه من أي جسيمات ضارة.

28

استخدام حبيبات الذهب النانوية لتنقية المياه (3)

ن تستخدم حبيبات الذهب النانوية في تنقية المياه الجوفية من المواد الكيميائية مزيوت ومستحضرات تنظيف وغيره مما قد يتسرب لألرض ويسبب ضرر في المياه الجوفية. وقد طور فريق بحثي في جامعة رايس األمريكية تقنية تعتمد على حبيبات الذهب النانوية المغطاة بطبقة رقيقة من البالديوم لتنقية مياه اآلبار من

له إلى غاز اإليثان غير يعمل على تكسيره وتحوي TCEمركب سام يعرف باسم السام. كما تمكن فريق بحثي في جامعة الهاي األمريكية من توظيف حبيبات الحديد النانوية لتنقية المياه الجوفية وتخليصها من المركبات العضوية السامة مثل ثنائي الفينيل متعدد الكلور والمبيدات الحشرية والتخلص من مركبات

اطق الصناعية.الزرنيخ التي تنتج من المن

توصيات. 9

وضع تصور للسناريوهات للكوارث المتوقعة وكيفية التعامل معها (0) واالستعداد لها

تطوير أداء العاملين في مجال الدفاع المدني واإلنقاذ من خالل االستفادة من (2) تقنية النانو في التجهيزات والمعدات والمالبس الالزمة ألداء عملهم

انو في تنقية الهواء والماء ومعالجة التربة ومكافحة االستفادة من تقنية الن (3) انتشار األمراض المعدية وتوفير المالجئ األمنة في حالة الكوارث.

االستفادة من تقنية النانو في توفير االتصاالت والطاقة البديلة في حالة (4) حدوث كارثة.

ه تشكيل لجنة علمية تعمل على دراسة ومتابعة مستجدات ما يتم التوصل ل (5) في مجال تقنيات النانو وتحديد مدى فعاليتها في االستخدام للحد من الكوارث.

القرار بالخبراء في تقنية النانو في الجامعات أصحابضرورة استعانة (6)والمراكز البحثية المحلية والعالمية للحصول على توصيات بكل ما يتعلق من

ارثة.الحلول المناسبة لكل ك إليجاداستخدام تقنية النانو

عقد دورات تدريبية ألفراد رجال الدفاع المدني واإلنقاذ حول تقنية النانو (7) عملهم. أداءوكيف االستفادة منها في

29

مراجع. 01

كتب ومراجعأوال

1. Nalwa. H. S, Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology,

Stevenson Ranch, American Scientific publishers, 2003.

2. Mansoori. G.A, Principle of Nanotechnology: Molecular based study

condensed matter in small systems, World Scientific Publishing Co.

2005.

3. Nanotechnology Challenges Implications for Philosofy Ethics and

Society, Edited by J. Schummer and D. Baird, World Scientific

Publishing Pte. Ltd., Singaphore 2006.

.2116رحاب الصواف، فكر التقنيات متناهية الصغر، منتدى الفكر لعلوم الروبوت، .4

.0998أعجوبة العالم الجديدة، الشرق الوسط، العدد تقنيةالنانو ،خلدون غسان .5

لمؤشرات لتنفيذ وا اإلرشاداتالتأهب للكوارث لتحقيق استجابة فعالة، مجموعة من .6

.2105-2115الخامسة من اطار عمل هيوغو األولوية

اإلنترنتمواقع على ثانيًا

1. www.kuna.net.kw/ArticlePrintPage.aspx?id=2215772&language=ar

2. ar.wikipedia.org/wiki/%D9%83%D8%A7%D8%B1%D8%AB%D8%A9_

%D8%B7%D8%A8%D9%8A%D8%B9%D9%8A%D8%A9

3. www.nano.org.uk/

4. www.cement.org/tech/cct_con_design_uhpc.asp

5. www.schunk-sbi.com/en/sbi/Schunk-

BipolarPlates/schunk01.c.42454.en

6. www.advance nanotech.com

7. www.technologyreview.com

8. www.nanotech-now.com

9. www.nano.gov

10. www.nanoquest.com

11. www.nanospot.org