שיטה חדשנית להטבעת ננו-צינורות ע”ג משטחים

עקרון הדבקות השממית למשטחים נוצל כדי לחבר ננו צינורות פחמן למשטח

הביטו על שממית המטפסת על הקיר. תנועתה פועלת כנגד כוח-המשיכה בעודה נאחזת במשטח, ללא קשר למידת חלקלקותו. ההתרחשות הזו אינה בגדר נס משמים. השממית נותרת במקומה בזכות משיכה חשמלית – כוחות הון-דר-ואלס – בין מיליוני שערות מיקרוסקופיות המצויות על רגליה לבין המשטח.

העיקרון הזה יושם ע”י חוקרים מאוניברסיטת רייס (Rice) ומחקרם פורסם החודש בכתב-העת המדעי ACS Nano. אולם במקרה שלהם, השערות הללו “נתלשו” מהשממית ו”נשתלו” על-גבי הקיר עצמו.

בוגר אוניברסיטת רייס, Cary Pint, מצא דרך להעביר “יערות” של ננו-צינורות פחמן חד-דופנות מסודרים ביותר, ממשטח אחד לאחר – כל משטח – תוך דקות. התבנית ששימשה להכנת ננו-הצינורות, כאשר חלקיקי הזרזים עדיין קשורים אליהם, יכולה לשמש שוב ושוב להכנת עוד ננו-שפופרות, בדומה לשימוש בחותמת-גומי עם דיו. המאמר, המתאר את המחקר, מפרט גם שיטה לקביעה מהירה ופשוטה של טווח הקטרים בקבוצת ננו-צינורות שהוכנו בשיטה של CVD (chemical vapor deposition). שיטות ספקטרוסקופיה שכיחות מוגבלות בכושר הצפייה שלהן בצינורות הגדולים משני ננומטרים בקוטרם – ואלו הקטרים של רוב ננו-הצינורות המתקבלים בשיטה זו.

“הדבר חשוב מכיוון שכל תכונותיהם של ננו-הצינורות – החשמליות, התרמיות והמכאניות – משתנות כתלות בקוטר,” אומר החוקר. “למזלנו, כמעט לכל אוניברסיטה יש כיום מכשיר ספקטרומטר מסוג FTIR (Fourier transform infrared) המסוגל לבצע את המדידות הללו, ויאפשר ליעל את תהליך הסינתזה של ננו-הצינורות ואת פיתוח היישומים השונים שלהם.”

צוות הכימאים מאוניברסיטת רייס חוקר גם דרכים להפוך שכבות מודפסות של ננו-צינורות אלו למוליכים לחלוטין או למוליכים-למחצה לחלוטין – תהליך שבו ניתן לשלוט בתנועת האלקטרונים ברמה הננומטרית.

שילוב השיטות מספק צעד ענק קדימה לקבלת מספר בלתי-מוגבל של יישומים מעשיים הכוללים חיישנים, לוחות סולאריים יעילים יותר ורכיבי אלקטרוניקה. “שיטה ישירה ותעשייתית זו להטבעת ננו-צינורות פחמן מסודרים ביותר על-גבי כל משטח הינה התקדמות משמעותית.”

החוקר מסביר כיצד הגיע לתגליתו: “התחלתי “לשחק” עם אדי מים לשם ניקוי תוצרי-הלוואי הבלתי-רצויים שנמצאו בין ננו-השפופרות. כאשר תלשתי דגימה, שמתי לב כי ננו-השפופרות נדבקו למלקטים בהם השתמשתי. “חשבתי לעצמי – זה ממש מעניין…”

מסתבר כי מים הם המפתח. לאחר הצמחת ננו-השפופרות, החוקר גילף אותם עם תערובת של גז מימן ואדי מים, תערובת אשר מחלישה את הקשרים הכימיים שבין הצינורות לבין הזרז המתכתי. כאשר מטביעים אותם שוב, ננו-השפופרות משוטחים ונדבקים למשטח החדש באמצעות כוחות קישור מסוג ואן-דר-וואלס ללא המצאות כל שריד של הזרז.

החוקרים הצליחו לפתח שיטה להטבעת ננו-שפופרות על-גביי מגוון רחב של משטחים שניתן יהיה לשכפלם ולייצרם באופן תעשייתי.

הדגמה מרשימה של מחקר זה הינה ההכנה של מערך שתי וערב של שכבת ננו-שפופרות ע”י הטבעת סדרת שורות ע”ג המשטח ואז שימוש חוזר בזרז להטבעת סדרת שורות נוספת בזווית של תשעים מעלות יחסית לראשונה. התהליך ארך חמש-עשרה דקות בלבד.

החוקרים מאמינים כי חברות תעשייתיות ייבחנו מקרוב את השיטה החדשה, באמצעותה ניתן להטמיע מעגלים חשמליים מבוססי-ננו-שפופרות פחמן בתוך התקנים אלקטרוניים.

הידיעה על המחקר