تكنولوجيا النانو و تطبيقاتها فى مجال الطباعة و التغليف
تطبيقات تكنولوجيا النانو فى مجال الطباعة و التغليف هو نتاج التطور التكنولوجي الهائل هو السمة الفريدة في القرن العشرين والذى أجمع الباحثون على أن النصف الأخير منه شهد تطورا تكنولوجيا ملحوظا خاصة بعد اختراع الدوائر الإلكترونية IC .
والتى أدى تطويرها إلى ظهور ما يسمى بالشرائح المصغرة Microchips ,تلك الشرائح المصغرة أدت إلى ثورة تقنية في جميع المجالات كالإتصالات و الحواسب والطب وجميع الإلكترونيات الإستهلاكية التى تحيط بنا اليوم.
وخلال السنوات القليلة الماضية، برز على الساحة التكنولوجية مصطلح جديد ألقى بظلاله على العالم وأصبح محط الأهتمام بشكل كبير، هذا المصطلح هو تكنولوجيا النانو .Nanotechnology
فهذه التقنية الواعدة تبشر بقفزة هائلة في جميع الفروع ، ويرى الخبراء أنها ستؤتى ثمارها فى كافة المجالات من الطب الحديث و التطبيقات الهندسية المعقدة الى الحياة اليومية للفرد العادي فهي و بكل بساطة ستمكننا من صنع أي شيء نتخيله عن طريق تغيير صف جزيئات المادة إلى جانب بعضها البعض للحصول على مواد بخصائص مميزة ،
وتتعامل تقنية النانو مع قياسات بين 0.1 إلى 100 نانومتر. فهى تتعامل مع تجمعات ذرية تتراوح بين خمس ذرات إلى ألف ذرة. وهي أبعاد أقل كثيرا من أبعاد البكتيريا والخلية الحية. وما دامت كل المواد مكونة من ذرات متراصة وفق تركيب معين، فإننا نستطيع أن نستبدل ذرة عنصر بذرة لعنصر آخر، وهكذا نستطيع صنع شيء جديد. وأحيانا تفاجئنا تلك المواد بخصائص جديدة لم نكن نعرفها من قبل، مما يفتح مجالات جديدة لاستخدامها وتسخيرها لفائدة الإنسان،
مقياس النانوت: يعني مصطلح نانو هو الجزء من المليار ؛ فالنانومتر هو واحد على المليار من المتر و لكي نتخيل صغر النانو متر نذكر مايلي : يبلغ سمك الشعرة الواحدة للإنسان 50 ميكرومترا أي 50,000 نانو متر, وأصغر الأشياء التي يمكن للإنسان رؤيتها بالعين المجردة يبلغ عرضها حوالي 10,000 نانو متر ،
فمثلا لو تم توجيه وضع ذرات الكربون في الفحم عند إجراء التفاعل فإنه يمكن تنتج الماس،وكذلك لو تم توجيه وضع ذرات الرمل عند إجراء التفاعل يمكن إنتاج المواد المستخدمة في إنتاج شرائح الكمبيوتر.
https://www.youtube.com/watch?v=EVrCvocyC2o
ومن المعروف أن الطريقة التقليدية في تصنيع المواد الكيماوية المختلفة تتم بخلط مكونات التفاعل معا بدون الأخذ في الأعتبار أتجاه الذرات الداخلة في التفاعل وبالتالي فإن المادة الكيماوية الناتجة تكون خليطا من عدة مواد، أما باستخدام تقنية النانو فمن الممكن توجيه وضع الذرات الداخلة في التفاعل بتوجيه محدد وبالتالي فان المواد الناتجة سوف تكون أكثر دقة وأكثر نقاوة وذات خواص أفضل .
وتكمن صعوبة تقنية النانو في مدى إمكانية السيطرة على الذرات بعد تجزئة الموادالمتكونة منها. فهي تحتاج بالتالي إلى أجهزة دقيقة جدا Nanodevice من جهة حجمها ومقاييسها قادرة على توجيه الذرات ووضعها في مكانها الصحيح أثناء عملية التفاعل.
تكنولوجيا النانو هى تكنولوجيا المستقبل
يقدر د.ريتشارد سمالي الحائز على جائزة نوبل في تقنية النانو أن هذه التقنية سوف تساهم في كثير من المنتجات في مجال الزراعة والغذاء بقيمة 2 مليار دولار وسوف تزيد إلى 20 مليار بحول عام 2016م، ولا يخفى علينا أن هناك بعض المنتجات مثل المواد المضافة إلى الغذاء أنتجت عن طريق تقنية النانو ومثل هذه المنتجات موجودة في بعض أنواع الغذاء مثل بعض أنواع العصائر، ومن المتوقع أن تساهم تقنية النانو في تحقيق تقدم في كثير من مجالات الزراعة والغذاء والطاقة وكذلك توفير الماء النقي و مجالات الطب الحديث و الأقتصاد العالمي و جميع فروع العلوم والهندسة وحتى الحياة اليومية للفرد العادي .
مميزات استخدام تكنولوجيا النانو
الأمر الفريد في مقياس النانو أو الـسNano Scaleس هو أن معظم الخصائص الأساسية للمواد والآلات كالتوصيلية والصلابة ودرجة الأنصهار تعتمد على الحجم (size dependent) بشكل لا مثيل له في أي مقياس آخر أكبر من النانو بينما فى مقياس النانو فسوف تتغير جميع خصائص المادة كلياً بما فيها اللون والخصائص الكيميائية ؛ وسبب هذا التغير يعود إلى طبيعة التفاعلات بين الذرات المكونة لعنصر معين .
تطبيقات تكنولوجيا النانو الحالية و المستقبلية
يتوقع المراقبون أن تُشعل تكنولوجيا النانو سلسلة من الثورات الصناعية خلال العقدين القادمين والتي ستؤثر على حياتنا بشكل كبير.ويشير البعض إلى أن تقنية النانو ستصبح في القريب أكبر تأثيرا وستجلب ثروة هائلة جديدة محطمة الكثير من الثروات المالية القديمة في كوكبنا وسوف نتاول فى هذه المقالة تطبيقات تكنولوجيا النانو فى مجال الطباعة و التغليف .
تكنولوجيا النانو فى مجال الطباعة :
فى السنوات الأخيرة أقتحمت تكنولوجيا النانو صناعة الطباعة خاصة فى مجال الأحبار الطباعية و الماكينات وجاء ذلك بعد مجهود كبير و نتيجة لعشرات السنين من الأبحاث والتى نتج ثمارها بالعديد من الفوائد لتكون الماكينات اكثر بيئاً eco-friendly و حفاظاً للطاقة efficient Energy
وقد تم تقديم تقنية النانو فى مجال الطباعة لأول مرة من قبل شركة Landa وكان ذلك فى معرض دروبا بالمانيا عام 2012 .
وكانت هذه التقنية عبارة عن استخدام جسيمات صغيرة جدا nanometers من أحبار البيجمنت ذات القاعدة المائية لتمكننا من الطباعة بجودة عالية وعلى اى خامة نظرا لصغر حجم حبيبات الحبر .
وقدمت الشركة ايضا ماكينة طباعة رقمية تستخدم تكنولوجيا النانو عرفت باسم Nanographic
حيث دمجت بين مميزات الطباعة الرقمية و جودة و سرعة طباعة الليثواوفست , فتقدم هذه الماكينة اقل سعر للورقة مع التمتع بدرجة جودة عالية لاستخدامها 8 الوان طباعية وتصل سرعتها الى 11000 فرخ / ساعة وتعمل بدقة وضوح تبدأ من 600 الى 1200 نقطة / البوصة
وتكمن المحاور الأساسية فى تطبيقات و وظائف تكنولوجيا النانو فى صناعة الطباعة فى :-
- استخدام جسيمات الحبر متناهى الصغر nano-particles يتم اضافتها داخل تكوين الأأحبار الطباعية المستخدمة فى طباعة الدوائر الكهربية من اجل تحسين خصائص الموصلية الكهربية لهذه الاحبار
- مواد مصنعة بتكنولوجيا النانو Nano and micro materials يتم طباعتها على مدى واسع من الخامات الداخلة فى تكوين لاصقات RFID و (OLEDs), و كذلك البطاريات المرنة و الخلايا الشمسية و الحساسات الضوئية .
- استخدام مواد النانو فى الأحبار الطباعية و أحبار النفث الحبرى كوسيلة لتأمين الحبر الطباعى المستخدم لحماية المنتجات المشهورة من عمليات التزييف والتزوير و التقليد .
- أستخدام جسيمات النانو داخل تكوين مواد التغطية التقليدية كالورنيشات من اجل تحسين خصائص المقاومة و اللمعان
- استخدام جسيمات النانو فى تصنيع الخامات و المواد الطباعة ثلاثية الأبعاد 3D Printing
- فى مجال التغليف :
المحاور الأساسية فى تطبيقات و وظائف تكنولوجيا النانو فى تغليف المنتجات الغذائية تكمن فى :-
- تحسين خصائص الأفلام البلاستيكية من حيث خصائص الحجز Barrier properties و الخصائص الميكانيكية Mechanical properties عن طريق استخدام مركبات فائقة الدقة Nano composites يمكنها ان توفر سمات وظيفية للخامة بدلا من التقنيات التقليدية المتبعة , و بذلك تؤدى الى حماية اكثر للمنتج من الفساد و العفن عن طريق تقليل النفاذية Permeability للغازات و السوائل للمواد الغذائية التى لا تحتاج الى تنفس أمثال القهوة و المقرمشات و شرائح البطاطس و بالتالى ستوفر حماية كبيرة لصحة المستهلك لهذه المنتجات من الضرر الذى سوف يقع عليه نتيجة تلوث هذه المنتجات بشكل ام بآخر.
إعداد / يحيي إبراهيم محمد
مدرس مساعد بقسم الطباعة والنشر والتغليف
كلية الفنون التطبيقية / جامعة حلوان
