ננו-אקרובטיקה

ננו-צינורות פחמניים, הדומים במבניהם ליהלומים, ועוביים קטן מאלפית עוביה של שערת אדם, נחשבים לאחד מגורמים העיקריים ב”מהפכת הדברים הקטנים”, הננו-טכנולוגיה

מימין: ד”ר שיאו-מונג סוי, פרופ' דניאל וגנר וד”ר לו-צ'י ליו. מהפכת הדברים הקטנים

ננו-צינורות פחמניים, הדומים במבניהם ליהלומים, ועוביים קטן מאלפית עוביה של שערת אדם, נחשבים לאחד מגורמים העיקריים ב”מהפכת הדברים הקטנים”, הננו-טכנולוגיה. מדענים בעלי חזון מרחיק ראות מדברים על שימוש בננו-צינורות האלה לבניית מעלית שתקשר את כדור הארץ ישירות לתחנות חלל. אחרים מציעים להשתמש בהם לבניית מרכיבים חזקים וקלים במיוחד של מכוניות, חלקי מטוסים, גשרים והתקנים אלקטרוניים.
סוד כוחם של הננו-צינורות הפחמניים נובע מהעוצמה הרבה של הקשר בין אטומי הפחמן המרכיבים אותם, וכן מגודלם הזעיר:ככל שגודל המבנים הולך וקטן, יש בהם פחות מקום לסיבוכים ופחות סיכון לקיומם של פגמים מבניים רציניים. לכן, לפי חישובים תיאורטיים, הננו-צינורות הפחמניים אמורים להיות החומר החזק, הקשה והעמיד ביותר. שילוב ננו-צינורות כאלה בחומרים אחרים עשוי לשפר במידה רבה את חוזקם של החומרים המשולבים (מרוכבים) שייווצרו, ואת מידת יכולתם לעמוד בעומסים ובמאמצים מכניים שונים. אבל, האם החישובים האלה נכונים? בשל גודלם הזעיר של הננו- צינורות, קשה לבחון את תכונותיהם המכניות. פרופ' דניאל וגנר מהמחלקה לחומרים ופני השטח במכון ויצמן למדע, שהוא מחלוצי
ומובילי התחום המתפתח הקרוי ננו-מכניקה, מפתח שיטות מקוריות שמאפשרות לו לעשות זאת, ואפשר לתארן כ”ננו-אקרובטיקה”.  בשלב הראשון מרחו המדענים סכין
גילוח בננו-צינורות אשר בלטו כמעין קוצים של קיפוד. לאחר מכן השתמשו במיקרוסקופ כוח אטומי, AFM, כדי “לפתות” ננו-צינורות בודדים להזדקף ולהתייצב כשקצה אחד שלהם ניצב על סכין הגילוח, ואילו הקצה השני נמשך אל ה”מחט” של מיקרוסקופ הכוח האטומי. פעולה זו מכינה את הקרקע לדחיפת הננו-צינור לתוך פולימר נוזלי אשר מאוחר יותר מתקשה.
בשלב זה מושכים המדענים את הננו-צינור מתוך הפולימר, באמצעות מיקרוסקופ הכוח האטומי. כך אפשר להשיג שתי תוצאות: או שמושכים את הננו-צינור בשלמותו, דבר שמאפשר למדוד את תכונות ההידבקות שלו, או שהננו-צינור נשבר, ואז אפשר למדוד את חוזקו. כך הצליחו כבר המדענים לבדוק תכונות מכניות של ננו-צינורות בודדים.
באחרונה הצליחו פרופ' וגנר והחוקרות הבתר-דוקטוריאליות מסין, ד”ר לו-צ'י ליו
וד”ר שיאו-מונג סוי, לפתח טכנולוגיה שמאפשרת להם לשזור סיבים מרוכבים וליצור מהם צמה העשויה לשמש לחיזוק רכיבים תעשייתיים שונים בתעשיות הרכב, המטוסים והחלל. מאמרים המתארים את השיטה פורסמו באחרונה בכתבי העת המדעיים Advanced Materials ו- Applied Physics Letters.