סיקור מקיף

חומר המעצב את עצמו / ג'ון מטסון

חלקיקי-ננו שמתארגנים בעצמם עשויים להיות המפתח לחומרים חדשים
ד"ר שרון גלוצר, אוניברסיטת מישיגן

כמו לוליינים הנעמדים זה על זה ויוצרים פירמידה אנושית, גם חלקיקים יכולים להתארגן מעצמם בדפוסים מורכבים. במחקר חדש, גילו חוקרים מאוניברסיטת מישיגן שצורתו של עצם משפיעה במידה רבה על האופן שבו הוא מגיב להצטופפות. צורה מתוכננת כראוי תאפשר אפוא לאבני בניין זעירות, המכונות חלקיקי-ננו, להתארגן בעצמן וליצור מבנים גדולים יותר, שאפשר לחזות מראש את צורתם. הדבר היחיד שיידרש לשם כך הוא לכפות עליהם לחלוק את המרחב עם עוד שכנים. המחקר, שהתפרסם ב-27 ביולי 2012 בכתב העת סיינס, יוכל לעזור לחוקרים לתכנן חומרים חדשים.

החוקרים הריצו הדמיות מחשב של 145 חלקיקים שונים בעלי צורות של פאונים מושלמים (פֵּאוֹן הוא גוף תלת-ממדי בעל פאות מישוריות.) כשמצופפים פאונים זהים, מרביתם מתארגנים במבנה של שריג גבישי או דמוי-גביש. שרון גלוצר, פרופסורית להנדסה כימית, מדע החומרים ופיזיקה באוניברסיטת מישיגן וממחברות המאמר, גילתה בעבר יחד עם עמיתיה שיש כמה צורות של חלקיקים הגורמות להם להתארגן מעצמם באופן טבעי. ההדמיות החדשות הראו שההתנהגות הזאת היא הכלל, ולא היוצא מן הכלל.

יותר מכך, כמה מן הצורות הפגינו תהליך התארגנות מתואם במידה מרשימה. פירמידות בעלות בסיסים רבועים יצרו "קוביות-על" שכל אחת מהן מורכבת משש פירמידות, והן בתורן יצרו שריג ריבועי גדול יותר. החוקרים גילו גם שההתנהגות הקיבוצית של סוג חלקיק מסוים רחוקה מלהיות אקראית. למעשה, בעזרת שני מספרים אפשר כמעט לחזות את התוצאה. הראשון הוא מספר המכונה המנה האיזופֵּרימטרית, שבאופן כללי מאפיין את הצורה של החלקיק בהתבסס על הנפח ועל שטח הפנים שלו. השני הוא מספר הקואורדינציה, המתאר כמה שכנים יש לחלקיק. באמצעות שני המספרים חזו החוקרים ב-945 מן הפעמים באיזו צורה גבישית יתארגן הפאון. אפשר להשתמש בקשר שבין צורת החלקיקים ובין התארגנותם העצמית כדי לתכנן חלקיקי-ננו שיפגינו התנהגות קיבוצית רצויה.

"זה פחות או יותר הגביע הקדוש של מחקר החומרים: פשוט להתבונן באבן בניין ולהצליח לומר, 'אה כן, אני יודעת מהם כל סוגי המבנים הגבישיים היציבים שהיא תיצור,'" אומרת גלוצר. "המחקר הזה מאפשר לנו לצעוד צעד ראשון בכיוון הזה."

2 תגובות

  1. אז הסיפור על מכונית הצ'יטי צי'טי בנג בנג אמיתי אחרי הכל……….. אייזה כייף

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן