סיקור מקיף

רק לערבב ולהגיש

האם אפשר לייצר בקלות ננו-חומרים המשלבים גמישות, יציבות בטמפרטורות גבוהות ומוליכות חשמלית יעילה?

אלקטרודות שקופות, חליפות חלל נוגדות-קרינה, וסוללות שמחליפות צבעים – אלו רק כמה מהיישומים שאפשר יהיה לפתח בעתיד בעזרת ננו-חומרים שיוצרו באחרונה במעבדתו של פרופ' בוריס ריבצ'ינסקימהמחלקה לכימיה אורגנית במכון ויצמן למדע. חומרים מרוכבים אלה, המשלבים ננו-צינוריות פחמן וחומרי צבע אורגניים זמינים ביותר, פשוטים מאוד לייצור, והם בעלי שילוב תכונות ייחודי.

ננו-צינוריות פחמן הן ננו-מבנים חזקים במיוחד, דמויי-גליל, העשויים אטומי פחמן. בעבר ניסו מדענים לערבב חומרי צבע עם ננו-צינוריות אלה, אך השתמשו בדרך כלל בתרכובות צבע שהכילו מרכיבים נוספים, ולכן ייחסו את התכונות שהתקבלו למרכיבים אלה. מדעני המכון, לעומת זאת, עירבבו בתמיסה ננו-צינוריות עם צבע אורגני פשוט למדי – ונפעמו מהתוצאה. כפי שדוּוח בכתב-העת המדעי Advanced Materials, ערבוב שני מרכיבים אלה לבדם הספיק ליצירת חומר מרוכב יציב ומוליך חשמל, שבו הננו-צינוריות מופרדות זו מזו כמעט לחלוטין. היפרדות הצינוריות היא בעלת חשיבות עצומה, שכן ננו-צינוריות נוטות להידבק זו לזו – תכונה המגבילה מאוד את השימוש בהן בהנדסת ננוטכנולוגיה. "שיערנו שהשילוב יעבוד, אבל לא ציפינו לתוצאה כה דרמטית. זה היה פשוט נפלא", משחזר פרופ' ריבצ'ינסקי.

שיערנו שהשילוב יעבוד, אבל לא ציפינו לתוצאה כה דרמטית. זה היה פשוט נפלא"

מימין: פרופ' בוריס ריבצ'ינסקי, אנג'ליקה אלקן וד"ר חיים ויסמן. נפעמו מהתוצאה
מימין: פרופ' בוריס ריבצ'ינסקי, אנג'ליקה אלקן וד"ר חיים ויסמן. נפעמו מהתוצאה. צילום: דוברות מכון ויצמן

ידוע כי כאשר מערבבים ננו-צינוריות פחמן עם חומר הצבע שבו השתמשו המדענים, מולקולות הצבע "שואבות" אלקטרונים מהננו-צינוריות, וכך נוצרים צְבָרים מולקולריים בעלי מטען חשמלי. פרופ' ריבצ'ינסקי וחברי קבוצתו גילו, כי עובדה זו גם הופכת את הצְבָרים להידרופיליים ("אוהבי מים"), וכך נשמרת ההפרדה בין הננו-צינוריות בתמיסה. מלבד היותו שיטה פשוטה וזולה להפרדת ננו-צינוריות, השילוב גם שיפר את תכונותיהן החשמליות של הצינוריות מבלי לפגוע בתכונות המכאניות שלהן.

החומר המרוכב עצמו, אשר הוכן בתמיסה מימית, ומכיל ננו-צינוריות פחמן בצורת חוטים וננו-גבישים של חומר הצבע, עשוי להוביל ליישומים רבים בזכות שילוב התכונות של מרכיביו: הוא גמיש, יציב בטמפרטורות גבוהות, ומוליך זרם חשמלי ביעילות. שכבה דקה של החומר על פני חומרים שונים תוכל לאפשר לייצר, בין היתר, חליפות חלל המגינות מפני קרינה רדיואקטיבית. יישומים אחרים, כגון אלקטרודות יעילות במיוחד, עשויים להיעזר בנקבוביות הרבות של החומר, אשר מגדילות את שטח הפנים שלו. כך, למשל, שכבת ציפוי דקה ושקופה של החומר תאפשר ייצור אלקטרודות שקופות לבניית צגים בהתקנים אלקטרוניים שונים. השימוש בצבע פותח דלת בפני יישומים נוספים, כמו חומרי צביעה מוליכים או אנטי-סטאטיים למכוניות ולמטוסים, או סוללות המחליפות צבע כאשר הן מתרוקנות.

צנצנות עם צבע אורגני פשוט (משמאל) ועם תמיסה מימית של ננו-חומר מרוכב המכיל את הצבע ואת ננו-צינוריות הפחמן
צנצנות עם צבע אורגני פשוט (משמאל) ועם תמיסה מימית של ננו-חומר מרוכב המכיל את הצבע ואת ננו-צינוריות הפחמן קבוצת המחקר כללה את תלמידת המחקר אנג'ליקה אלקן, מדען הסגל ד"ר חיים ויסמן, והחוקר הבתר-דוקטוריאלי ד"ר סונק דוטה מהמחלקה לכימיה אורגנית, וד"ר סידני כהן, ד"ר מרק אלן איירון, ד"ר עידו פנקס, וד"ר טטיאנה בנדיקוב מהמחלקה לתשתיות למחקר כימי.

ננו-צינוריות הפחמן מעבירות לכל מולקולת צבע בחומר המרוכב מטען חשמלי השווה ל-0.34 מטען של אלקטרון. כך נוצרת דחייה בין הננו-צינוריות אשר מקדמת את המסתן במים.

#מספרי_מדע
שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן