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:
التغيرات المٌناخية أم الصراعات والحروب؟.. دراسة: التغير المناخي يهدد بخسارة 38 تريليون دولار سنويا .. خبراء: الحروب تجارب للأسلحة وتسبب كوارث مناخية وتوفير التمويلات الخضراء للدول النامية فريضة غائبة
تابع أحدث الأخبار عبر تطبيق
يموج العالم في صراعات وتحديات بشكل مستمر، منها ناجم عن الصراعات السياسية والحروب التي تُخلّف ورائها الدمار والخراب، وأخري نتيجة الكوارث الطبيعية التي تتمثل الزالازل والبراكين، وتضاف لها الاحترار العالمي وتأثيرات التغير المُناخي مثل الفياضانات والجفاف التي تهدد بخسارة مليارات الدولارت وأكثر ها من الدول النامية، وهنا يري الخبراء بأن الحروب بمثل تجارب لأنواع أسلحة مجهولة تسبب كواراث مناخية، وطالبوا المجتمع الدولي بتوفير القروض والمنح والتمويلات الخضراء.
دراسة علميةجدير بالذكر، توقعت دراسة علمية بأن الاقتصاد العالمي سيتكبد خسائر بقيمة 38 تريليون دولار سنوياً بحلول 2049 بسبب تغير المناخ، إذ يتلِف الطقس المتطرف المحاصيل الزراعية ويضر بإنتاجية العمالة ويدمر البنية التحتية، وفقاً لباحثين في معهد "بوتسدام لبحوث تأثيرات المناخ" (Potsdam Institute for Climate Impact Research).
كما يشير بحث نُشر في مجلة “نيتشر “(Nature) إلى أن ارتفاع درجة حرارة الكوكب سيؤدي إلى انخفاض الدخل بنسبة 19% عالمياً بحلول منتصف القرن، مقارنة بوضع الاقتصاد العالمي دون تغير المناخ، إذ استخدمت الدراسة بيانات من أكثر من 1600 منطقة حول العالم خلال الأربعين عاماً الماضية، لتقييم التأثيرات المستقبلية لارتفاع درجة حرارة الكوكب على النمو الاقتصادي. وعلى مدار الـ50 عاماً الماضية، تسببت الأحوال الجوية القاسية في خسائر اقتصادية تزيد عن 4.3 تريليون دولار ووفاة 2 مليون شخص كان يعيش 90% منهم في الدول النامية، بحسب المنظمة العالمية للأرصاد الجوية.
البلدان الإفريقية الأكثر تضررهذه الأرقام مستمرة في الارتفاع، وتؤثر بشكل غير متناسب على البلدان الأكثر فقراً والأكثر ضعفاً في القارة السمراء، وتشير الخسائر والأضرار إلى التأثيرات التي لا يمكن تجنبها لتغير المناخ، والتي تكون البلدان الأكثر فقراً وضعفاً غير مجهزة لمواجهتها، فعلى الرغم من أن تأثيرات تغير المناخ عالمية، إلا أنها ليست متساوية بأي حال من الأحوال.
الدكتور وحيد إمام، رئيس الاتحاد النوعي للبيئةنحتاج لتمويل مشروعات التكيفوبدوره يقول الدكتور وحيد إمام، رئيس الاتحاد النوعي للبيئة، إن الدول الإفريقية هي الأكثر تضررًا من تأثيرات التغيرات المناخية ونطالب الدول المتقدمة والصناعية الكبري في دعم صندوق التمويل الأخضر خاصة أن اغلب الدراسات الحديثة تشير حتمالية فقدان الدول النامية لنحو 60% من دخلها و40% للدول المتقدمة .
ويضيف "إمام": بدلا من تمويل الحروب التي تزيد فواتيرها عن مليارات الدولارت علينا أن ندعم الدول الافريقية للتوسع في مشروعات التكيف مثل تحديث نظم الزراعة والتوسغ في بناء محطات مياه نظيفة والكهرباء وغيرها مثل التوسع في زيادة الأراضي الزراعية، وقد تبنت مصر المطالبة بملف الخسائر والأضرار في مؤتمري المناخ سواء في COP27 و COP28.
اتفاقية باريس 2015هذه التأثيرات الكارثية جعلت الحاجة الملحة إلى تأسيس صندوق للخسائر والأضرار واضحة للغاية حيث تم تأسيس اتفاقية باريس في ديسمبر 2015، تبنت 197 دولة اتفاقية باريس خلال مؤتمر "كوب 21" الذي عقد في العاصمة الفرنسية، وتشير المادة 8 من اتفاق باريس صراحةً إلى الخسائر والأضرار باعتبارها جانباً منفصلاً من سياسة المناخ، يختلف عن جهود التخفيف والتكيف. ومع ذلك، لا ينشئ ذلك البند إلزاماً قانونياً على الموقعين لاتخاذ إجراءات محددة في ما يتعلق بهذه المشكلة، فاللغة المستخدمة في المادة تنص على أنه "ينبغي للأطراف تعزيز التفاهم والعمل والدعم".
الدكتور مجدي علام، خبير البيئة الدوليانتهاكات فاقت هتلر في الحروب النازيةيقول الدكتور مجدي علام، خبير البيئة الدولي، إن الصراعات والحروب فاقمت الأزمة فبدلا من الحديث عن المناخ والتغيرات المُناخية وارتفاع درجات الحرارة وسخونة سطح الكرة الأرضية والاحتباس الحراري المسببة الغلاف الجوي نتيجة انبعاثات الغازات الدفيئة وهنا ترك الحديث عن كل ذلك وتوجهت الأنظار للحروب .
ويضيف “علام”: الحرروب ستفاقم في ارتفاع درجات الحرارة وزيادة معدلات التلوث غير المسبوق عن الدمار والأسلحة التي لم ىتعرفها البشرية من قبل ظهرت في عدد القتلي والجرحي التي تقارب من 300 ألف شخصًا بين قتيل ومصاب، وأن فقاعة مثل دولة الكين الصهيوني تحاول أن تبتلع دولة عربية عريقة مثل فلسطين ذات التاريخ الممتد لألاف السنين خلال الحرب على غزة، ما يمثل خروج وانتهاكات لكل الاتفاقيات الدولية وما حدث لم يحدث في تاريخ هتلر .
الحرب تجربة لأسلحة ستسبب كوارث مناخيةويواصل"علام": هذة الأسلحة ذات مواد كيميائية وفيزيائية وبيولوجية ونووية وأقمار صناعية وتكنولوجيا حديثة وقنابل قذرة وهي تجارب لأسلحة الدول الكبري ما يمثل مأساة إنسانية لم تحدث من قبل ما يفاقم الأزمة المناخية "زادت الطين بلة" وحجم الانبعاثات الصادر عن الحروي سيساهم في التلوث مصادر المياه وحجم تلوث لم سشهدة التاريخ "نووي وتدميري وكميائي وفيزيائي وبيولوجي"، وبدأ ظهور حشرات كانت قد اختفت في الرجوع مثل الحشرات التي تزاد درجة فقسها من الحشرات، وهنا الناس ماذا تفعل .. هل تهرب من سطح الكرة الأرضية؟.
مهنيو النقل الطرقي يرفضون تعديل مرسوم الولوج إلى المهنة ويطالبون الوزارة الوصية بالحوار