قيمتها تريليون دولار.. قطرة من الإيثانول تحدث ثورة في صناعة أجهزة الاستشعار النانوية
تاريخ النشر: 6th, August 2023 GMT
تعد المستشعرات النانوية أجهزة إلكترونية متناهية الصغر تعمل على قياس التغيرات الطفيفة في الكميات الفيزيائية أو الكيميائية وتحليل المعلومات وتحويلها إلى إشارات، لتنبيه مستخدمي الأجهزة الحديثة حال وجود خلل.
وتدخل المستشعرات النانوية في عدة مجالات، ففي المجال العسكري، يمكن استخدامها في الكشف عن الجثث والمواد المتفجرة والغازات السامة وإزالتها من الجو.
وتعمل المستشعرات النانوية بعدة آليات، ويستخدم في تصنيعها عدة طرق، لكن آليات التصنيع الحالية لا تزال عقبات، إذ إن تصنيعها يستغرق وقتا طويلا وقدرا كبيرا من الطاقة، من هنا تأتي أهمية ما توصل إليه فريق الباحثين في دراسة جديدة.
حيث طور فريق من مهندسي جامعة ماكواري الأسترالية تقنية تجعل تصنيع المستشعرات النانوية أرخص بكثير وأكثر كفاءة وأقل في كثافة الكربون، ومن شأن ذلك أن يحسن عملية رئيسية في صناعة تلك المستشعرات التي تبلغ قيمتها تريليون دولار.
وبحسب البيان الصحفي المنشور على موقع "فيز دوت أورغ"، فقد وجد الفريق البحثي طريقة لمعالجة كل مستشعر باستخدام قطرة واحدة من الإيثانول بدلا من العملية التقليدية التي تتضمن تسخين المواد إلى درجات حرارة عالية. وقد نشر الباحثون ورقتهم البحثية في دورية "أدفانسد فنكشنال ماتيريالز" في الثالث من أغسطس/ آب الجاري.
يقول المؤلف المقابل الأستاذ المساعد نوشين ناصري، رئيس مختبر تكنولوجيا النانو في كلية الهندسة بجامعة ماكواري، "تتكون مستشعرات النانو عادة من مليارات الجسيمات النانوية المودعة على سطح مستشعر صغير، ولكن معظم هذه المستشعرات لا تعمل عند تصنيعها لأول مرة".
حيث تتجمع الجسيمات النانوية في شبكة مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط طبيعية ضعيفة يمكن أن تترك فجوات كثيرة بين الجسيمات النانوية بحيث تفشل في نقل الإشارات الكهربائية، وبالتالي لا يعمل المستشعر.
نسبة السطح إلى الحجم كبيرة في المستشعرات التي تتكون من طبقات من الجسيمات النانوية، مما يجعلها شديدة الحساسية للمادة المصممة لاكتشافها. لكن معظم المستشعرات النانوية لا تعمل بشكل فعال حتى يتم تسخينها، في عملية تستغرق وقتا طويلاً وتستهلك الكثير من الطاقة باستخدام درجات حرارة عالية لدمج طبقات من الجسيمات النانوية، مما يخلق قنوات تسمح للإلكترونات بالمرور عبر الطبقات حتى يعمل المستشعر.
ماذا تقدم التقنية الجديدة؟يقول البروفيسور ناصري "يدمر الفرن معظم المستشعرات القائمة على البوليمر، ويمكن لأجهزة الاستشعار النانوية التي تحتوي على أقطاب كهربائية صغيرة أن تذوب، تماما كما يحدث لأجهزة الاستشعار الموجودة في الأجهزة الإلكترونية النانوية. لذا لا يمكن حاليا استخدام العديد من المواد لصنع أجهزة استشعار، لأنها لا تتحمل الحرارة".
مع ذلك، فإن التقنية الجديدة التي اكتشفها الفريق تتجاوز هذه العملية الشديدة الحرارة، مما يسمح بتصنيع أجهزة الاستشعار النانوية من مجموعة واسعة من المواد.
ويضيف ناصري "إضافة قطرة واحدة من الإيثانول إلى طبقة الاستشعار، دون وضعها في الفرن، يساعد الذرات الموجودة على سطح الجسيمات النانوية على التحرك، ومن ثم تختفي الفجوات بين الجسيمات النانوية عندما تلتصق الجسيمات ببعضها البعض. لقد أظهرنا أن الإيثانول حسّن بشكل كبير من كفاءة واستجابة أجهزة الاستشعار لدينا، بما يتجاوز ما قد تحصل عليه بعد تسخينها لمدة 12 ساعة".
وتم اكتشاف الطريقة الجديدة بعد أن قام المؤلف الرئيسي للدراسة، طالب الدراسات العليا غايدن تشين، برش بعض الإيثانول عن طريق الخطأ على جهاز استشعار أثناء غسل بوتقة، في حادث عادة ما يؤدي إلى تدمير هذه الأجهزة الحساسة. يقول تشين "اعتقدت أن جهاز الاستشعار قد تعرض للتلف، لكنني أدركت لاحقا أن العينة كانت تفوق أداء كل عينة أخرى صنعناها على الإطلاق".
يقول الأستاذ المساعد ناصري إن الحادث ربما يكون قد أعطاهم الفكرة، لكن فعالية الطريقة اعتمدت على العمل المضني لتحديد الحجم الدقيق للإيثانول المستخدم، و"عندما توصل غايدن إلى هذه النتيجة، عدنا بحذر شديد لتجربة كميات مختلفة من الإيثانول. كان غايدن يختبر الأمر مرارا وتكرارا للعثور على ما ينجح".
كانت 3 ميكرولترات من الإيثانول قليلة جدا ولم تفعل شيئًا فعالا، بينما كانت 10 ميكرولترات أكثر من اللازم ومسحت طبقة الاستشعار، أما 5 ميكرولترات فقد كانت صحيحة تماما".
يقول الأستاذ المساعد ناصري "لقد طورنا وصفة لجعل المستشعرات النانوية تعمل واختبرناها باستخدام مستشعرات الأشعة فوق البنفسجية وأيضا باستخدام مستشعرات النانو التي تكتشف ثاني أكسيد الكربون والميثان والهيدروجين وغير ذلك، التأثير هو نفسه".
فبعد قياس قطرة واحدة من الإيثانول بشكل صحيح، يتم تنشيط المستشعر في غضون دقيقة تقريبا، وهذا يحول عملية بطيئة وكثيفة الاستهلاك للطاقة إلى شيء أكثر كفاءة بكثير".
المصدر: الجزيرة
إقرأ أيضاً:
خبير اقتصادي: دبي تسير بثبات نحو تحقيق تريليون درهم في القطاع العقاري
توقع الخبير الاقتصادي الدكتور عبد الرحيم بن أحمد الفرحان أن تنجح إمارة دبي في تحقيق مستهدفاتها الطموحة في قطاع العقارات، والوصول بالمبيعات العقارية إلى تريليون درهم بحلول عام 2033، وذلك في إطار الاستراتيجية التي أطلقتها الإمارة لزيادة حجم التعاملات العقارية بنسبة 70%.
وأشار الفرحان إلى أن هذا الهدف الطموح يستند إلى عدة عوامل داعمة، من أبرزها البنية التحتية المتطورة التي تتمتع بها دبي، وكذلك المشروعات الضخمة مثل “إكسبو 2020″، التي أسهمت بشكل كبير في تعزيز مكانة الإمارة على الخارطة العقارية العالمية.
وقال الفرحان: “دبي توفر مجموعة متنوعة من الخيارات العقارية التي تلبي مختلف التوجهات، مما يجعلها عامل جذب رئيسي للمستثمرين العقاريين من جميع أنحاء العالم.”
وأضاف الفرحان أن الإطار التنظيمي القوي الذي تتمتع به دبي يعد أحد العوامل التي تدعم نمو القطاع العقاري، حيث يعزز من ثقة المستثمرين في السوق العقاري.
كما أشار إلى أن دبي تمضي بخطى ثابتة نحو تحقيق طموحاتها في مجال الطاقة النظيفة بحلول عام 2050، مما يسهم في تعزيز الاستدامة وجذب الاستثمارات في القطاع العقاري.
وأوضح الفرحان أن هناك العديد من العوامل التي تدعم هذا التوجه، أبرزها الطلب المتزايد على العقارات في دبي من المستثمرين المحليين والدوليين، مشددًا على أن دبي تتميز بثبات استقرارها الاقتصادي، مما يزيد من جاذبيتها كوجهة رئيسية للاستثمار العقاري.
وأضاف: “نلاحظ أن العقارات في دبي تشهد طلبًا مستمرًا من مختلف أنحاء العالم، وهذا يعود إلى الاستقرار الذي تتمتع به الإمارة في كافة المجالات.”
وأشار الفرحان أيضًا إلى أن المشاريع الكبرى والتطورات العمرانية التي تشهدها دبي في مختلف المجالات، سواء السكنية أو التجارية، تمثل من العوامل الرئيسية التي تساهم في تعزيز نمو القطاع العقاري.
أردف قائلاً: “المشاريع الكبيرة مثل مناطق التطوير العقاري الجديدة والمشروعات الضخمة التي يتم تنفيذها في الإمارة، تساهم بشكل كبير في تعزيز جاذبية السوق العقاري، مما يؤدي إلى زيادة حجم الاستثمارات.”
وأكد الفرحان أن دبي تسعى دائمًا إلى استخدام أحدث التقنيات في بناء وتصميم مشاريعها العقارية، مما يجعلها واحدة من أبرز الوجهات للمستثمرين والمشترين، مشيراً إلى أن دبي تتميز بابتكار حلول بناء مبتكرة وتطبيق تقنيات متطورة في تصميم المشاريع، مما يجعل عقاراتها من أبرز الخيارات في السوق العقاري العالمي.
وسلط الفرحان، الضوء على دور التشريعات المحفزة في دعم القطاع العقاري، مشيرًا إلى أن دبي قامت بتطوير العديد من الأنظمة والتشريعات التي تشجع على الاستثمار العقاري، مثل قوانين الملكية الأجنبية وتوفير تأشيرات طويلة الأجل للمستثمرين.
وأوضح أن هذه الإجراءات تساهم في زيادة الطلب على العقارات وتعزز من مرونة السوق العقاري، مشيراً إلى أن هناك عدة عوامل ستساهم في دعم تحقيق هذه المستهدفات، أبرزها استمرار التحفيز الحكومي للمستثمرين ووجود بيئة استثمارية ملائمة تدعم نمو القطاع العقاري في دبي.
وكيل إمارة الرياض المساعد للحقوق يحضر حفل سفارة جمهورية اتحاد ميانمار بمناسبة اليوم الوطني لبلادها