تعد هذه الطريقة إحدى الطرق المنبثقة عن تقنيات «الكيمياء الرطبة» Wet Chemistry – التي تستخدم السوائل خلال التحضير – حيث يتم توظيفها في إنتاج طائفة عريضة من غرويات Colloids المواد العضوية وكذلك المواد غير العضوية لأنواع مختلفة من المواد، وعلى الأخص أكاسيد المواد الفلزية. وتعتبر طريقة «الصول – جل» صديقة للبيئة، حيث لا تتخلف عنها أي منتجات ضارة بالبيئة ⁽³³⁾. ولمزيد من التفاصيل حول ماهية هذه الطريقة ونشأتها والتطورات التي أدخلت عليها، يمكن للقراء المهتمين في الاطلاع على مؤلفات وفيرة في هذا الميدان. على سبيل المثال، أرشح اثنتين من أمهات المراجع ^{(34، 35)}، تتوافر بهما المفاهيم الأساسية لهذه الطريقة، والتي قلما تخلو منهما المكتبات الشخصية لعلماء هذا الفرع من العلوم ⁽³⁶⁾.

وقد رأيت عند كتابة هذا الجزء الخاص بوصف عملية «الصول – جل» أن أستعين برسم توضيحي قمت بإعداده، ليصف المراحل المختلفة من خطوات إنتاج هياكل المواد النانوية. وتبدأ هذه الطريقة في إذابة مساحيق حبيبات المواد الأولية سابقة التحضير، والتي يُطلق عليها السوالف Precursors (الشكل 6 – 13«أ»)، وهي غالبا ما تكون من الأكاسيد الكحولية Alkoxides للمواد. ونتيجة للتفاعلات المصاحبة لإذابة السوالف في المحلول، يتكون ما يعرف باسم «الصول Sol أو المحلول الغرواني»، وهو أشبه بمائع تُعلق به رواسب لحبيبات نانوية فائقة النعومة كما هو موضح في الشكل (6 – 13 «ب»). وعلى النقيض مما هو مبين بهذا الشكل ونظرا إلى نانوية مقاييس أبعاد تلك الغرويات، فلا يمكننا في الواقع أن نرى تلك العوالق النانوية الأبعاد أو أن ندرك وجودها بالمائع، إلا من خلال الفحص بواسطة أجهزة التكبير العملاقة من الميكروسكوبات الإلكترونية عالية التكبير والدقة.

الشكل (6–13) رسم تخطيطي مبسط يبين مراحل إنتاج المواد النانوية من خلال طريقة الصول – جل، الكيميائية التي تعد الطريقة الأولي المستخدمة في إنتاج كميات ضخمة من مواد النانو على النطاق الصناعي.

ونستطيع استخدام «الصول» الناتج من عملية الإذابة هذه، لتشبيع وغمس أسطح المواد والمنتجات الفلزية وغير الفلزية به، حيث تترسب جزيئاته على أسطحها في صورة طبقات، نستطيع التحكم في أسماكها وفقا للغرض والاستخدام الذي من أجله غُطيت الأسطح بها (الشكل 6 – 13 «د»). وتُعد هذه الطريقة من أبسط الطرق المستخدمة في إنتاج الشرائح الإلكترونية وأقلها تكلفة. ويستخدم الصول الناتج أيضا في تغطية أسطح المعدات لحمايتها من التآكل بالصدأ والتآكل بالبري والاحتكاك. وبالإضافة إلى ذلك، فيمكن توظيف «الصول» لإنتاج مساحيق الحبيبات النانوية فائقة النعومة (الشكل 6 – 13 «هـ») من مواد مختلفة، يمكن بعد ذلك تجميع حبيباتها لتشكيلها بواسطة المكابس، حيث نحصل منها على أجسام صلبة عالية الكثافة، يمكن استخدامها كمكونات للماكينات والآلات المختلفة.

ويُهيأ «الصول» بعد نزح وإزالة الماء منه (الشكل 6 – 13«ج») لتكوين الهلام Gel ⁽³⁷⁾ الذي يجفف تجفيفا سريعا للحصول على مواد هلامية وهي عبارة عن جسيمات نانوية تشكل في تجمعاتها أشكالا صلبة، ولكنها رخوة وغير متماسكة وتتمتع بلزوجة عالية (الشكل 6 – 13 «و»). وبالإضافة إلى ما تقدم، يُستخدم الصول كذلك في تحضير أشكال أخرى مختلفة من المواد النانوية، مثل الألياف، والعصي والأنابيب.

وقد تطورت طريقة الصول – جل تطورا كبيرا خلال السنوات العشر الأخيرة، مما رشحها بقوة لأن تكون الطريقة الأولى التي تتم من خلالها عملية التجميع الذاتي، وذلك نظرا إلى الأسباب التالية:

– مرونتها وسهولة خطواتها في إنتاج أنواع مختلفة من المواد النانوية.

– قدرتها على إنتاج كميات صناعية ضخمة من حبيبات المواد النانوية متجانسة التركيب والبنية تتمتع بنقاوة عالية تصل إلى 99.99%.

– تعد الطريقة الأقل تكلفة والأسرع في عمليات التحضير.

– تنتج من خلالها مواد نانوية لمعظم السبائك والمواد السيراميكية والمواد المتراكبة، عند درجات حرارة غاية في الانخفاض.

– توظيف مواد أولية سابقة التحضير (السوالف Precursors) ومنخفضة التكلفة، تستخدم لإنتاج المواد النانوية.

_________________________________________________________________________
هوامش

(33) Duhua Wang and Gordon. P. Bierwagen, Progress in Organic Coatings. Vol. 64 (2009) pp. 327–338.

(34) C.J. Brinker and G.W. Scherer, Sol–Gel Science: the Physics and Chemistry of Sol–Gel Processing. Academic Press, San Diego, CA, USA, 1990.

(35) Alain C. Pierre, Introduction to Sol–Gel Processing. Kluwer. Boston, MA, USA, 1998.

(36) للقارئ المهتم بالتطبيقات التكنولوجية العامة لمنتجات المواد النانوية أقترح الاطلاع على الكتاب أدناه، رغم قدمه النسبي

J.D. Wright and N.A.J.M. Sommerdijk. Sol–Gel Materials: Chemistry and Applications, Gordon and Breach Science Publishers. Amsterdam, 2001.

(37) الهلام هو مادة جيلاتينية لزجة، تجمع في الشكل بين خواص المواد الصلبة من حيث التجمع، وخواص المواد السائلة من حيث الميوعة. ويتمتع الهلام بتماسكه، فهو لا يسيل مادام لم يُعرَّض لظروف خارجية تؤثر في استقراره، كتعريضه للحرارة مثلا. ولعل «الكريمات» و«الجيلاتينات» المستخدمة في تجميل وترطيب البشرة، أو لتصفيف الشعر، أمثلة حية وتطبيقية للهلام.

مواضيع ذات صلة

The mean free path

Collisions between molecules

The specific heats of gases

Atomic processes

حساسات أنابيب الكربون النانوية

المحفزات النانوية

الطرق المستخدمة في الطلاء النانوي

مواد الطلاء النانوية واستخداماتها

تطبيقات الاسلاك النانوية

ماهي الاسلاك النانوية

الأسلاك النانوية

تصنيف المتراكبات النانوية وتطبيقاتها