Language
Country/Area
No result found
من الميكرو إلى النانو: كيف تعمل البوليمرات النانوية على إحداث ثورة في علم المواد؟
تتكون مركبات النانو بوليمر (PNCs) من البوليمرات أو البوليمرات المشتركة والجسيمات النانوية أو الحشوات المنتشرة في مصفوفة البوليمر. يمكن أن تأتي هذه الجسيمات النانوية بمجموعة متنوعة من الأشكال (على سبيل المثال، رقائق، ألياف، كرات)، ولكن يجب أن يكون أحد الأبعاد على الأقل في نطاق من 1 إلى 50 نانومتر. تنتمي هذه المواد البلاستيكية متعددة المراحل إلى أنظمة متعددة المراحل (مثل المخاليط والمركبات والرغوات) وتمثل 95% من إنتاج البلاستيك العالمي. تتطلب هذه الأنظمة خلطًا/تعزيزًا متحكمًا، واستقرار التشتت الناتج، وتوجيه الطور المشتت، كما أن استراتيجيات التعزيز لجميع MPSs، بما في ذلك PNCs، متشابهة.
يشير مصطلح علم النانو البوليمري إلى تطبيق علم النانو على دراسة وتطبيق مصفوفات الجسيمات النانوية البوليمرية، حيث يكون أحد أبعاد الجسيم النانوي على الأقل أقل من 100 نانومتر. تؤدي عملية تحويل الجسيمات الدقيقة إلى جسيمات نانوية إلى حدوث تغييرات في خصائصها الفيزيائية والكيميائية. أحد العوامل الرئيسية لهذا التغيير هو زيادة نسبة مساحة السطح إلى الحجم والتغير في حجم الجسيمات. مع انخفاض حجم الجسيم، تزداد نسبة مساحة السطح إلى الحجم، مما يجعل سلوك الذرات على سطح الجسيم أكثر سيطرة في التفاعل."تسمح المساحة السطحية الأعلى للبوليمرات النانوية بتفاعلات أقوى مع جزيئات أخرى، مما يعزز بدوره خصائص مثل القوة ومقاومة الحرارة."
على سبيل المثال، تظهر كرات السيليكون النانوية فرقًا كبيرًا عن السيليكون التقليدي؛ إذ يتراوح قطرها من 40 إلى 100 نانومتر، وتتراوح صلابتها بين الياقوت والماس. يمكن أيضًا تحضير مركبات النانوبوليمر عن طريق التخليق بالتسلل المستمر (SIS) حيث تنمو المواد النانوية غير العضوية في مصفوفة بوليمر عن طريق انتشار سلائف الطور البخاري.
ألياف نانوية من البوليمرات الهجينة الحيوية
تتطلب العديد من التطبيقات التكنولوجية للمواد البيولوجية (مثل البروتينات أو الفيروسات أو البكتيريا)، مثل الكروماتوغرافيا، وتكنولوجيا المعلومات البصرية الإلكترونية، وأجهزة الاستشعار، والتحفيز وتوصيل الأدوية، تثبيتها. في كثير من الأحيان يتم استخدام أنابيب الكربون النانوية وجزيئات الذهب والبوليمرات الاصطناعية لهذا الغرض. يتم تثبيت المواد البيولوجية بشكل رئيسي عن طريق الامتصاص أو الترابط الكيميائي، وفي حالات نادرة يتم استخدام هذه المواد كضيوف في مصفوفة المضيف.
"توفر البوليمرات منصة جيدة لتثبيت الكتلة الحيوية بسبب توفر مجموعة واسعة من الجزيئات الكبيرة الطبيعية أو الاصطناعية وتقنيات المعالجة المتقدمة."
إعداد الأنابيب النانوية الهجينة الحيوية
يتم إنتاج ألياف البوليمر عادة على نطاق تقني بواسطة تقنية البثق، حيث يتم ضخ ذوبان البوليمر أو محلول البوليمر من خلال قالب أسطواني ثم يتم غزله أو سحبه بواسطة جهاز الالتقاط. تظل عملية الغزل الكهربائي اليوم أفضل تقنية لمعالجة البوليمر لتقليص الأقطار إلى مئات النانومترات أو حتى بضعة نانومترات. من خلال تطبيق مجال كهربائي قوي، يتم إخراج نفث سائل من أعلى القطرة حتى يتم تشكيل ألياف نانوية صلبة.
تطبيقات الأنابيب النانوية
يمكن أيضًا استخدام الأنابيب النانوية لتوصيل الأدوية، وخاصة في علاج السرطان. دورها هو حماية الدواء من التدمير في الدم، والتحكم في ديناميكيات إطلاق الدواء، وتوفير قدرات النقل إلى أهداف محددة. ليس هذا فحسب، بل يمكن لأنابيب النانو ذات البوليمرات المستجيبة أيضًا التحكم في فتح وإطلاق فم الأنبوب من خلال التعديل الكيميائي."إن ألياف غلاف الأنابيب النانوية قادرة على التقاط المواد البيولوجية دون التأثير على وظائفها، مما يجعلها مفيدة بشكل محتمل في أجهزة الاستشعار الحيوية."
التطبيقات الهندسية للبوليمرات النانوية
من بين التطبيقات الهندسية، تلعب مركبات النانوبوليمر دورًا مهمًا في صناعة إطارات السيارات حيث تساعد خصائصها الفائقة في تحسين كفاءة استهلاك الوقود. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم مركبات النانو بوليمر أيضًا في البيئات ذات درجات الحرارة العالية بسبب مقاومتها الممتازة للحرارة.
على الرغم من أن التطورات في مجال النانوبوليمرات سريعة، إلا أنها لا تزال تواجه بعض القيود. على سبيل المثال، لم يتم التحكم بدقة في إطلاق الدواء من الألياف النانوية، وعادة ما يحدث ذلك على شكل انفجار. ومع تطور التكنولوجيا المستقبلية، فإننا نتطلع بطبيعة الحال إلى المزيد من الاحتمالات.
كيف يمكن استغلال خصائص النانوبوليمرات بشكل أفضل لحل تحديات علوم المواد المستقبلية؟
