Preparing video…

التقانة والمستشعرات النانوية

هو مساق للمهتمين في التعرف على أدوات الاستشعار الحديثة التي تستعين بتقانة النانو (وهي التقانة التي تبحث في المجال بين واحد إلى مئة نانوميتر، أي في أجزاء من المليار من المتر) لفرز ومراقبة الأحداث المختلفة في حياتنا الشخصية أو العملية. في أطار المساق، سنكتشف معا عالم النانو المذهل الذي يتعامل مع الوحدات الأساسية في بناء المادة. وبهذا سوف نمهد الطريق لتطبيقات إبداعية لانهائية تطبق في كل جزء من حياتنا اليومية، بدءا من تشخيصات وعلاجات (في الجسم الحي أو خارجه) للأمراض، وثم نستمر في تقانة مراقبة جودة المنتوجات وما يختص بالبيئة، وننهي في تقانة مراقبة القضايا الأمنية. سنتعلم في هذا السعي كيف نصَنع هذه الأدوات الجديدة، وكيف نميزها، وكيف نتحكم بها، وكيف ندمجها في التطبيقات المختلفة.

Sessions

Course at a Glance

About the Course





وصف المساق  

   تقانة ومستشعرات النانو هو مجال يحوي اختصاصات عديدة ومتداخلة التي تضم الكيمياء/البيوكيمياء، الفيزياء، البيولوجيا، علم المواد، هندسة الإلكترونيات وغيرها. سيعرض المساق الحالي بعض مبادئ تقانة ومواد النانو الاساسيّة ودورها الهام في اجهزة و خواص الاستشعار. ستناقش في هذا المساق معلومات شيقة من تخصصات متعددة في مجال العلوم والهندسة في المستوى النانوي, مستهدفا فهم الاختلافات الفيزيائية الأساسية لمستشعرات النانو. حين إنهاء هذا المساق، يكون قد تعلم الطالب تصنيع، تمييز، ومعالجة مواد النانو، ومستشعرات النانو، وكيف من الممكن تسخيرها لبناء تطبيقات جديدة. وأيضا سيطبق الطالب معرفته في تقانة ومستشعرات النانو ضمن مشروع حسب اهتمامه الشخصي

 محتويات المساق

·        أهمية المواد النانوية في تطبيقات الاستشعار.

·        الأساليب المستخدمة في تحديد خصائص المستشعرات النانوية·

·        الأساليب المستخدمة لتكييف مواد النانو بهدف استعمالها في تطبيقات استشعار خاصة.

·        جسيمات النانو الفلزية والشبه موصلة.

·        أنابيب النانو وأسلاك النانو العضوية وغير العضوية.

·        المستشعرات الضوئية، الميكانيكية، والكيميائية المبنية من مواد النانو.

·         المستشعرات المبنية من هجين من المواد النانوية.



Course Syllabus

الأسبوع 1 - مقدمة في تقانة النانو:

تعريف تقانة النانو؛ الصفات الرئيسية لمواد النانو؛ أنواع مبنى النانو (مبنى 0D, 1D , 2D)؛ المواد

المركبة النانوية؛ الصفات الكيميائية/الفيزيائية/الكهربائية/الضوئية الأساسية لمواد النانو.

 

الأسبوع 2  - مقدمة في تقانة النانو (تكملة):

طرق بحث صفات مواد النانو؛ مجهر القوة الذري (AFM)؛ مجهر إلكتروني ماسِح (SEM)؛ مجهر النفوذ (التمرير) الإلكتروني (TEM)؛ طرق مجهرية ومطيافية لاستكشاف صفات سطوح المواد؛ تصنيع المستشعرات بالتوجه الصعودي (bottom-up) والتوجه النزولي (top-down)؛ تجميع ذاتي للمباني النانوية؛ وأمثلة في تطبيقات التقانة النانوية.

 

الأسبوع 3  - مقدمة في علوم وتقانة المستشعرات:

تعريف المستشعرات؛ الأجزاء الأساسية للمستشعرات؛ التشابه بين الكائنات الحية والمستشعرات الاصطناعية؛ كيفيّة عمل التحسس الفيزيائي (الرؤية، السمع، والمس) والكيميائي (الشم والذوق)؛ العوامل المستعملة في تشخيص أداء المستشعرات: الدقة، الضبط، الحساسية، حد الاستشعار، المجال الديناميكي، الانتقائية، الخطية، التباين، زمن الاستجابة، التلاكؤ (التخلفية)، ودورة الحياة.

 

الأسبوع 4 -  المستشعرات المبنية من جسيمات النانو الفلزية:

تعريف جسيمات النانو؛ صفات جسيمات النانو؛ إنتاج جسيمات النانو بطرق فيزيائية (بتر ليزري) وطرق كيميائية (طريقة  Brust، نمو بواسطة بذرة، الخ.).

 

الأسبوع 5 - مستشعرات نقطة كمومية:

تعريف النقطة الكمومية؛ طرق تصنيع النقاط الكمومية؛ قياسات جهرية ومجهرية ضيائية ضوئية؛ تطبيقات النقاط الكمومية كعامل تباين متعدد الوسائط في التصوير البيولوجي؛ وتطبيقات النقاط الكمومية كمستشعرات بيولوجية.

 

الأسبوع 6 - المستشعرات المبنية من أسلاك نانوية:

تعريف أسلاك النانو و خواصها؛ وسائل تصنيع الأسلاك النانوية؛ تصنيع مستشعرات مكونة من سلك نانوي مفرد  بالتوجه الصعودي (bottom-up) ) والنزولي (top-down)؛ تصنيع مصفوفات من أسلاك النانو (قنوات سوائلية، غشاء الفقاعة المنفوخة، الطبع بالتلامس، طلاء بالبخ، إلخ).

 

الأسبوع 7 - مستشعرات أنابيب الكربون النانوية:

تعريف أنبوب الكربون النانوي وخواصه؛ تحضير أنبوب الكربون النانوي؛ تصنيع ومبادئ عمل المستشعرات المبنية من أنبوب كربون نانوي مفرد؛ تصنيع ومبادئ عمل المستشعرات المبنية من مصفوفة عشوائية من أنابيب الكربون النانوية.

 

الأسبوع 8 - مستشعرات مكونة من بنيات نانوية لأكسيد الفلز:

تحضير بنيات أكسيد الفلز بطرق جافة ورطبة؛ أنواع مستشعرات الغاز المبنية من أكسيد الفلز؛ كيمياء العيوب في مبنى سطح مستشعرات أكسيد الفلز؛ آلية التحسس في مستشعرات الغاز المبنية من أكسيد الفلز؛ وبنيات من أكسيد الفلز المسامية لتحسين تطبيقات التحسس.

 

الأسبوع 9 - مستشعرات نانوية حساسة للكتلة:

مبدئ عمل المستشعرات المبنية من بوليمرات بنى نانوية؛ آلية التحسس وتطبيقات المقاومات الكيميائية النانوية والترانزستورات التأثير المجالي النانوية لبوليمرات موصلة (أو شبه موصلة)، مع/بدون مواد غير عضوية

.

الأسبوع 10 - مصفوفة من مستشعرات مبنية من مواد نانوية:

نموذج تمثيلي لمحدودية الحواس البشرية بواسطة تقانة النانو ومستشعرات النانو البشرة الإلكترونية المرتكزة على تقانة النانو.

Recommended Background

 الخلفية المطلوبة:

خلفية في الكيمياء، الفيزياء، البيولوجيا، أو علم المواد موصى بها.

  

Suggested Readings

  1. Jiří Janata, Principles of Chemical Sensors, Springer, 2d Edition (1989).
  2. Roger George Jackson, Novel Sensors and Sensing, CRC Press (2004).
  3. Florinel-Gabriel Banica, Chemical Sensors and Biosensors: Fundamentals and Applications, John Wiley and Sons (2012).
  4. Ramsden Jeremy, Nanotechnology, an Introduction. Elsevier (2011).

Course Format

طرق ومعايير التقييم في المساق

يتضمن المساق ثلاثة فعاليات أساسيه قابله للقياس وفق المعايير التالية:

·        اختبارات أسبوعيه: سيتطلّب منك الأجابة عن عشرة اختبارات أسبوعيّة والّتي تشكل نسبة %20 من العلامة النهائية في مساق (علامتين لكل اختبار). يحوي كل اختبار من 7 وحتّى 13 سؤال امكانيّات متعدّدة الّتي تختبر فهمكم للمادّة المدروسة. يمكنك حل نفس الاختبار ثلاثة مرات, وعلامتك النهائيّة في هذا الاختبار ستكون الأعلى من بينها

 

·        أسئلة مفتوحة: خلال المساق سيطلب منك الأجابة على ثلاثة أسئلة مفتوحة والّتي تشكّل 15% من علامة المساق النهائيّة (5% لكل جواب) .  تشجّع هذه الأسئلة التفكير الأبداعي, وتستند أجوبتها الى المعرفة الّتي اكتسبتوها في المساق, أضافة الى خيالكم وتجربتكم الشخصيّة. سوف تقدّم الأسئلة بالأسبوع 1,4 و7.  هذه الأسئلة هي مهمّة تقييم أقران, فسوف يقوم أقرانكم بتدريج أجوبتكم, وفقا لمبدأ التدريج. بعد تقديم أجوبتكم, سوف يتطلّب منكم قراءة وتدريج ثلاثة أجوبة من أقرانكم, وفقا لمبدأ التدريج.

·        مشروع الإنهاء: سوف يتطلّب منكم كتابة مشروع نهائي والّذي يعتبر 60% من علامة المساق الكليّة. أنّ المشروع يتمحور حول استعمال التقانة النانويّة لتقليد حاسّة محدّدة المتعلّقة بالحواس البشرية: البصر, السمع, الذوق, الشم أو اللّمس. كما ويمكن أضافة حواس أخرى غير محدّدة كالتوازن والألم. على المشروع النهائي أن يحوي, لكن لا يجب عليه التقيّد ب: (أ) عرض ونقاش متعدّد التخصّصات لأسلوب لتصميم الكلّي, (ب) تحديد الخصائص, (ج) عمليّة التصنيع, و (د) تطبيق الحاسّة الأصطناعيّة المستهدفة. على المشروع أن يخاض بالتعاون, في طاقم يتألّف من 3-4 طلبة; مفضّل أن يشكّل الطاقم من طلبة متعدّدي الثقافات والأختصاصات لاكتساب أفكار جديدة ومثيرة. هذه المهمّة هي مهمّمة تقييم أقران, سوف يقوم أقرانكم بتدريج أجوبتكم, وفقا لمبدأ التقييم.

·        للحصول على " شهادة إنهاء " عليك الحصول على علامة نهائية 70% أوأكثر. للحصول على " شهادة إنهاء بامتياز"  عليك الحصول على علامة نهائية 90% أوأكثر.