חוקרי הטכניון ואוני’ רייס שותפים בשיטה להפקת כמויות גדולות של גרפן

החוקרים הצליחו להפיק פילמים דקים ושקופים, מוליכי חשמל, שיוכלו לשמש להכנת מסכי מגע זולים יותר

חוקרי הטכניון וחוקרים מאוניברסיטת “רייס” ביוסטון, טקסס, הצליחו לפתח שיטה חדשנית להפקת כמויות גדולות יחסית של שכבות פחמן בעובי אטום אחד, הנקראות “גרפן”. הפיתוח עשוי להוביל לחומרים מרוכבים ולמסכי מגע זולים יותר. כך מגלה כתב העת המדעי היוקרתי Nature Nanotechnology.

“כאשר שכבות “גרפן” מחוברות זו על גב זו, הן יוצרות גרפיט, שהיא ה’עופרת’ בעפרונות כתיבה”, מסביר פרופסור ישעיהו טלמון, ראש מכון ראסל ברי למחקר בננו-טכנולוגיה בטכניון וחבר סגל בפקולטה להנדסה כימית.”הדבר ידוע כבר מאות בשנים, אולם רק בשנת 2004 הצליחו חוקרים לזהות שכבות גרפן בודדות. מאז עוסקים מדענים רבים בחקר גרפן, משום היותו חומר חזק במיוחד וגם בעל מוליכת גבוהה”.

פרופסור מתאו פסקואלי מאוניברסיטת “רייס”, השותף למחקר, אומר כי קיימות שיטות לייצור כמויות גדולות של גרפן עם זיהומים שונים וקיימות שיטות ליצור כמויות קטנות של גרפן טהור (ללא זיהומים). “השיטה שלנו מספקת חומר טהור במיוחד, ומשתמשת בשיטות בהן השתמשו בעבר כדי לייצר כמויות חומרים גדולות בתעשיה הכימית”, הוא מוסיף. “צוות המחקר שלנו מצא שניתן למוסס גרפן בחומצה כלורוסולפונית, שהיא ממיס תעשייתי ידוע. הופתענו ששכבות גרפן בודדות נפרדו מעצמן מגרפיט בתוך החומצה. הצלחנו להמיס עד שני מיליגרם של גרפן בליטר חומצה, ריכוזים גדולים פי עשרה ממה שניתן לקבל בשיטות המקובלות”.

קבוצת המחקר ניצלה שיטות חדשניות של מיקרוסקופיית אלקטרונים בטמפרטורה נמוכה, המאפשרת דימות ישיר של שכבת הגרפן בחומצה הכלורוסולפונית. “השתמשנו בשיטות מחקר שפיתחנו קודם לכן, לדימות ננו-צינוריות של פחמן בתוך חומצה”, מציין פרופסור יכין כהן, דיקן הפקולטה להנדסה כימית בטכניון וחבר בצוות המחקר. “זהו הישג ניכר בהתחשב באופי החומצה החזקה והקשיים בהכנת הדגמים למיקרוסקופ האלקטרונים והדימות עצמו”.

תוך שימוש בתמיסות המרוכזות בחומצה, הצליח הצוות להכין פילמים דקים ושקופים, מוליכי חשמל. פילמים כאלה יוכלו לשמש להכנת מסכי מגע זולים יותר מאלה המשמשים כיום בטלפונים סלולריים, למשל. כמו כן הצליחו החוקרים להכין גבישים נוזליים של גרפן בחומצה.

“אם ניתן להכין גבישים נוזליים, יש אפשרות לטוות מהם סיבים”, אומר חוקר נוסף בצוות, פרופסור ג’יימס טור מאוניברסיטת “רייס”. “בגבישים נוזליים השכבות הבודדות מסתדרות כך שניתן להזריק את החומר דרך חרירים מתאימים לטוויית סיבים”.

אם השיטה תוכח כיעילה להכנת כמויות גדולות של סיבים, הדבר יוריד את מחירם של חומרים מרוכבים בעלי חוזק גדול המשמש בתעשיית התעופה והחלל, תעשיית הרכב ובבניה.