كيف يمكن الإستفادة من أنابيب الكاربون النانوية لتصنيع معالجات أسرع وبطاريات أطول عمراً

تعتبر أنابيب الكاربون النانوية من المواد الخارقة – مواد إسطوانية بقطر 1 أو 2 نانومتر – الواعدة بالكثير من التطبيقات الخيالية المذهلة التي تتنوع من الكمبيوترات الخارقة الى الهواتف فائقة الكفاءة، كل هذا يبدو رائعاً لكن هناك مشكلة : وهي أن تصنيع وتوفير هذه التكنولوجيا تجارياً قد يتطلب 10 أو 15 سنة.

الأنابيب النانوية هي تراكيب جزيئية شبيهة بالأنبوب تصنع من عنصر كيميائي واحد والذي هو الكاربون عادةً.

تعرف الأنابيب الكاربونية (والتي إكتشفت صدفةً في عام 1991) بخواصها الكهربائية والميكانيكية الفريدة جداً. هذه الخواص الفريدة تعود لبنية الأنابيب النانوية. حيث في هذه الأنابيب تصطف ذرات الكاربون بشكل حلزوني على هيئة ترتيب سداسي الشكل.

لتسهيل المسألة تخيل بنية قرص العسل العادي حيث الكثير من الخلايا السداسية المصنوعة من الشمع، بعدها تخيل أن تلف هذا الهيكل من أقراص العسل بشكل لفافة صغيرة، أصغر بـ 25 مليون مرة من لفافة السوشي… عندها… مبروووك لقد حصلت على سلك من أنابيب الكاربون النانوية.

يكتب البروفيسور (بولكل م.أجايان) والبروفيسور (أوتو ز.زو) “إن التناظرية على طول هذه ‘اللفافات شبيهة – أقراص العسل ‘ مع قطرها الصغير يعطيان معاً تغيراً كبيراً في كثافة سيل الألكترونات مما يعطي خواصاً ألكترونية فريدة لهذه الأنابيب”.

التطبيقات المحتملة لهذه التقنية هي كبيرة جداً. كمثال: قام باحثون من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) بتطوير جهاز حساس للسموم وقابل للإرتداء معتمداً بالأساس على دائرة كهربائية من أنابيب الكاربون النانوية.

في عالم تحتاج فيه الكمبيوترات أن تعمل بشكل أسرع وطاقة أقل تَعِدْ تقنيات الانابيب النانوية بأداء أفضل بكثير من السيليكون في مجال المايكرو-ترانسيستور. “تعد الأنابيب النانوية مرشحاً ممتازاً مقابل السيليكون”يقول البروفيسور المساعد في الهندسة الألكترونية وعلوم الحاسوب في ستانفورد (س.ميترا).

(ميترا) وزميله في ستانفورد البروفيسور في الهندسة الألكترونية (فيليب وونغ) يعملان الآن في شركة IBM)) مع بعض المشاركين المتعاونين لتطوير جيل جديد من الكمبيوترات ذات المعالجات المعتمدة على أنابيب الكاربون النانوية.

هدفهم الحالي هو بناء نموذج أولي لكمبيوتر يعمل بأنابيب الكاربون النانوية ويظهر كفاءة ملحوظة في إستهلاك الطاقة , يقول (ميترا) “إن إستبدلت ترانسستورات السيليكون بأخرى من الانابيب النانوية فستحصل على كفاءة في إستهلاك الطاقة قد تصل لـ 1000x” الهواتف الذكية تعتبر كمبيوترات هي الأخرى , يضيف أيضاً “يمكنك الحصول على هواتف ذكية بقدرات حوسبة كالتي لدى كمبيوتر واتسون (Watson machine). سيمكنك الحصول على ملايين الحساسات التي تجمع المعلومات وستتمكن الهواتف الذكية من القيام بمعالجة هذه الكمية الهائلة من المعلومات”

إن كان بإمكانك توفير قدرات حاسوبية ضخمة , فإن الناس ستدفع النقود للحصول عليها , سيكون الجيل الجديد من الهواتف الذكية أذكى بـ 30x من هواتف اليوم ولن يحتاج إلا لشحنه مرة واحدة في الشهر , سيكون أشبه بحلم لمستخدمي الهواتف.

بعد أن شرح تطبيقات هذه التقنية في مجال “الحاسوب وما شابه” يحرص البروفيسور (ميترا) على رسم خط بين الأبحاث على أنابيب الكاربون النانوية وبين أساسات التصنيع التجاري, وحتى مع التقدم الملحوظ الذي تشهده البحوث حول هذه التقنية,
لا يرغب مصنعوا الهواتف الذكية على الأرجح بأن يقفزوا نحو شيء جديد من دون التأكد كلياً من نجاحه . ويكمل أيضاً “لا نزال نتمنى أن يقوموا بتجربة هذه التقنية قريباً”.

10 إلى 15 سنة قد تكون تقديراً واقعياً ليبدأ التنفيذ التجاري لتقنيات الأنابيب النانوية.

تصنيع هذه التكنولوجيا هو المشكلة, لكن بعض الجامعات حول العالم تعمل جاهدة لإيجاد الحل ومثال ذلك هو مختبرات جامعة (رايس) حيث إكتشفوا عملية أطلقوا عليها إسم (Teslaphoresis) يتم من خلالها تصنيع أنابيب كاربون نانوية قادرة على تركيب ذاتها .
“ما إكتشفناه هو أن هذه الأنابيب النانوية قادرة على الترابط فيما بينها لتشكيل أسلاك بمفردها لكن تحت تأثير مجال كهربائي”

المصادر: 1