חומר חדש המחזיק בשיא עולמי של ספיחת מים ושטח פנים

חוקרים מאוניברסיטת אופסלה שבשבדיה הצליחו לסנתז חומר חדשני בעל יכולות יוצאות דופן של ספיחת מים ושטח פנים כביר. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי PLOS ONE.

חוקרים מאוניברסיטת אופסלה שבשבדיה הצליחו לסנתז חומר חדשני בעל יכולות יוצאות דופן של ספיחת מים ושטח פנים כביר. ממצאי המחקר פורסמו בכתב-העת המדעי PLOS ONE.

החומר החדש, המורכב מפחמת (קרבונאט) המגנזיום, ואשר קיבל את השם אופסליט (Upsalite, ע”ש האוניברסיטה), צפוי להפחית את כמות האנרגיה הנדרשת לשם בקרה על לחות הסביבה בתעשיות האלקטרוניקה ופיתוח התרופות, וכן בזירות קרח ובמתחמי אחסון. החומר יוכל לשמש גם עבור האיסוף של פסולת וכימיקלים רעילים או של שפכי שמנים ובתחום של מערכות להעברת תרופות, לבקרת ריחות ולשיקום התברואה לאחר שריפות.

“בניגוד למה שנטען בספרות המדעית במשך מאה השנים האחרונות, מצאנו כי פחמת מגנזיום בתצורתה האמורפית (חסרת סדר מאורגן) ניתנת לייצור בתהליכים פשוטים ובטמפרטורה נמוכה,” אומר Johan Goméz de la Torre, חוקר במחלקה לננוטכנולוגיה וחומרים פונקציונאליים באוניברסיטה.

בעוד שתצורות מסודרות של פחמת המגנזיום, בין עם מולקולות מים במבנה ובין בהעדרן, נפוצות בטבע, תצורות חסרות ארגון ונטולות מים הוכחו כקשות במיוחד לייצור. בשנת 1908 טענו חוקרים גרמניים כי החומר אכן לא ניתן לייצור על ידי אותו התהליך בו מייצרים פחמות בלתי סדורות אחרות – לאמור, על ידי בעבוע הגז פחמן דו-חמצני דרך תרחיף אלכוהולי. מחקרים נוספים שנערכו בשנת 1926 ובשנת 1961 הגיעו לאותה המסקנה.

“בשנת 2011 שינינו במקצת את התנאים של הסינתזה שכבר בוצעה בעבר, ובשוגג השארנו את החומר בכלי התגובה במהלך כל סוף השבוע. כאשר חזרנו ביום שני למעבדה גילינו כי נוצר בכלי התגובה ג’ל קשיח שאותו התחלנו לייבש,” מציין החוקר. החוקרים המשיכו מכאן ובמשך שנה שלמה ביצעו ניתוח מפורט של החומר החדש וכיוונון מוגדר של תנאי התגובה. “לאחר שסקרנו מספר שיטות אפיון המוכרות בספרות המדעית התחוור לנו כי אכן הצלחנו לסנתז את החומר שבעבר נטען כי לעולם לא יהיה ניתן להפיקו בדרך זו,” מציינת בגאווה ראש המחלקה לננוטכנולוגיה ולחומרים פונקציונאליים. אולם, התגלית המרשימה ביותר לא הייתה שהחוקרים גילו חומר חדש, אלא התכונות המפתיעות האצורות בחומר זה, שלו ניתן השם אופסליט – בעל שטח הפנים הגבוה ביותר שנמדד אי-פעם עבור פחמה של מתכת אלקלית עפרורית: 800 מ”ר לכל גרם. “ממצא זה מציב את החומר החדש בקבוצה הייחודית של חומרים נקבוביים בעלי שטח פנים גבוה במיוחד, לרבות סיליקה מזו-נקבובית, זאוליטים, שלדות אורגניות-מתכתיות וננו-שפופרות פחמן,” אומרים החוקרים.

בנוסף, החוקרים גילו כי החומר היה גדוש בחרירים ריקים שכולם בקוטר של פחות מ-10 ננומטרים. מבנה נקבובי זה של החומר מעניק לו דרך ייחודית לחלוטין להגיב עם הסביבה החיצונית, תוך קבלת מספר תכונות חשובות ליישומים אפשריים של החומר. נמצא כי אופסליט, לדוגמה, סופח את הכמות הרבה ביותר של מים בסביבות של לחות נמוכה יחסית בהשוואה לחומרים הטובים ביותר העושים זאת ואשר זמינים כיום. אוסף תכונות אלו יהפכו, כך מקווים החוקרים, את החומר החדש לחומר מוצא לפיתוח מוצרים ברי-קיימא רבים ושונים במגוון יישומים תעשייתיים.

המאמר המלא של המחקר