חוקרים יצרו ספוג מתכתי שמגביר את אנרגיית האור ויכול לספוח אליו חומרים
אנרגיה שמשית (סולארית) היא, כידוע, אנרגיה נקייה, ירוקה, חלופית ומתחדשת. מתקנים שמפיקים אנרגיה סולארית, ממירים את הקרינה האלקטרומגנטית שמגיעה מהשמש לדלק תרמי או לחשמל וכך היא יכולה להוות רכיב משמעותי בשוק האנרגיה העולמי.
פרופ’ עדי סלומון וצוותה מהמכון לננו-טכנולוגיה וחומרים מתקדמים ומהמחלקה לכימיה באוניברסיטת בר-אילן, חוקרים אינטראקציה בין אור השמש למבנים ננומטרים (בגודל אלפית קוטר השערה) במתכות. בזכות מבנים אלו, האור יוצר אינטראקציה עם האלקטרונים החופשיים במתכת. כך נוצרים שדות אלקטרומגנטיים חזקים על החומר המתכתי, או, במילים אחרות, כך בונים מעין “אנטנות” קטנות במשטחי מתכת ומרכזים עליהן שדות אלקטרומגנטיים שיכולים לשמש בין השאר לייצור דלק ירוק, ידידותי לסביבה.
בגדול, הרעיון של פרופ’ סלומון וצוותה הוא לשלוט בתהליכים כימיים ומעברי אנרגיה במולקולות שנמצאות בקרבת המבנים הננומטריים במתכות. למעשה אפשר לדמות את המשטחים הללו לעלה מלאכותי שעליו קולטני אנרגיה, הקולטים את אור השמש ומעבירים אותו ביעילות ממרכז תגובה אחד לשני ומפיקים ממנו אנרגיה. זאת בדומה לתהליך הפוטוסינתזה, שבו הצמח קולט פחמן דו-חמצני, אור ומים ומייצר מהם סוכר (דלק).
“בזכות המבנים הננומטריים במתכת, האור מצליח לנדנד בה את האלקטרונים החופשיים. כך נוצרים בה מרכזי אנרגיה שיכולים להגביר כל תופעה אופטית. במצב זה האלקטרונים נעים יחדיו כמו חיילים בצבא, בתדירות מסוימת, בהתאם לצורה ולגודל של המבנה הננומטרי, ולכן השדה האלקטרומגנטי מוגבר ומרוכז באזורים קטנים. למבנים ננומטריים במתכות יש גם צבע שונה ולא רק ברק כסוף. הם יכולים להיות בכל צבע, בהתאם לצורה של המבנה הננומטרי”, מסבירה פרופ’ סלומון.
המחקר האחרון שנעשה במעבדה של פרופ’ סלומון, בתמיכת הקרן הלאומית למדע, הוא עבודת התזה של ד”ר רחלי רון. במסגרתו בנו החוקרות מבנה המורכב מחלקיקי מתכת בגודל ננומטרי, השזורים יחדיו לרשת תלת-ממדית – כלומר מעין ספוג מתכתי (שגודלו נמדד בסנטימטרים). זאת, באמצעות נידוף של אטומים (במכשיר תעשייתי) על משטח טעון חשמלית. האטומים שנהדפו לעבר פני השטח הטעון שינו את מסלולם עקב כוחות דחייה או משיכה וכך נוצר המבנה הרשתי.
מטרת החוקרים הייתה ליצור מבנה מתכתי חדש שהאינטראקציה שלו עם האור תוגבר בכמה סדרי גודל, כך שיצליח לרכז עליו עוד יותר את אנרגיית האור וגם יוכל לספוג חומרים. במקרה של הספוג המתכתי, בנוסף לכך שחלקיקי הננו גורמים לפיזור האור ולהגברת השדה האלקטרומגנטי, המבנה החלול והקל שלו, ושטח הפנים העצום, מאפשרים למולקולות לחדור דרכו ולהיספג בו. כך אפשר להשתמש בו למגוון יישומים. לדוגמה, כגלאי אופטי לזיהוי מזהמים (כמו חומרי הדברה במים) וכקטליזטור (זרז המסוגל להאיץ תגובות כימיות) בתעשיית הכימיה והתרופות. בנוסף, כאשר מאירים אותו, נוצרים “אלקטרונים חמים” – נושאי מטען שיכולים לשמש לתגובות כימיות כמו ביקוע מים לייצור מימן (שמשמש לדלק). זאת ועוד, הוא יכול לשמש כאלקטרודות לבטריות או לקבלים אלקטרוניים.
אומרת פרופ’ סלומון: “המטרה שלנו הייתה לייצר מבנה המשלב מבנים וחורים רבים בסקלה ננומטרית ולשזור אותם יחדיו כדי שישמשו אנטנה לאור. בשפה מקצועית זה נקרא מבנה פורוזיבי. בסופו של דבר יצרנו מבנה עם צפיפות נמוכה מאוד, קל ביותר, מוליך חשמלי (כמו אלקטרודה), ובעל אינטראקציה חזקה עם האור. כך הוא יכול לשמש למגוון יישומים מתחום הכימיה, פיזיקה, ביולוגיה ורפואה. בנוסף, הגודל שלו הוא כמה סנטימטרים ולכן אפשר לראותו ללא מיקרוסקופ. כך הוא משלב בין עולם הננו לעולם האמיתי”.
החיים עצמם:
פרופ’ עדי סלומון, נשואה ומתגוררת בתל אביב. מטפסת הרים, חובבת ספרות צרפתית ושיחקה בקבוצת התיאטרון של מכון ויצמן.
