שקיפות מלאה

צגים גמישים, מסכים שאפשר לגלגל ולפרוס, ותאים סולאריים שנארזים בתרמיל כציוד לקמפינג – זהו החזון שעשוי להתממש בשנים הבאות בעזרת הטכנולוגיה שמפתחת קבוצת המחקר של פרופ’ גיל מרקוביץ’ מבית הספר לכימיה

“הצגים והמסכים שממלאים היום את חיינו עשויים ממספר שכבות חכמות, ואחת מהן היא אלקטרודה שקופה – שכבה שקופה שמוליכה חשמל, העשויה מחומר קשיח ושביר, דמוי זכוכית,” מסביר פרופ’ מרקוביץ’, כימאי פיזיקלי החוקר תכונות חשמליות, מגנטיות ואופטיות של ננו-חומרים. “כיום המגמה העולמית היא לפתח מכשירים אלקטרוניים מחומרים גמישים כמו פולימרים (פלסטיק). מכשירים אלה יזדקקו למוליכים שקופים גמישים, שהם נוחים וזולים לייצור. מסיבה זו נערכים בעולם מחקרים רבים בתחום זה, שאף הניבו מספר טכנולוגיות מתקדמות. הפיתוח שלנו עונה במדויק על הצרכים, ויש לו יתרונות חשובים מול שיטות מתחרות לייצור מוליכים שקופים גמישים. אני צופה שיהיו לו יישומים רבים מאוד עם התפתחות הטכנולוגיה העתידית.”

‘ננו-ספגטי’
המוליך השקוף שפותח במעבדתו של פרופ’ מרקוביץ’ הוא מארג של ננו-חוטים דקים מזהב ומכסף – מעין ‘ננו-ספגטי’, המיוצר בשיטה כימית ‘רטובה’: טובלים את המצע הרצוי בתמיסה המכילה חלקיקים ננומטריים של זהב ו/או כסף, והחלקיקים מסתדרים מעצמם בצורת חוטים על פני המשטח כולו – בתהליך המכונה התארגנות עצמית, ומאפיין התנהגות של חומרים מסוימים בממדים הזעירים. השיטה החדשנית נוחה מאוד לשימוש – באמצעות טבילה, מריחה או התזה, וזהו יתרונה הגדול. “בטכנולוגיות אחרות, המתבססות למשל על החומר החדשני גרפן או על ננו-צינוריות פחמן, חייבים לייצר בנפרד את מרכיבי המוליך השקוף הגמיש, ואחר-כך להעביר אותו אל המשטח שעליו ייבנה ההתקן האלקטרוני,” אומר פרופ’ מרקוביץ’. “זהו תהליך מורכב ויקר, שנתקל במכשולים טכנולוגיים רבים. בשיטה שלנו התהליך כולו מתבצע בשלב אחד, והמוליך מסתדר מעצמו על גבי המצע.” כתוצאה מכך, הטכנולוגיה יעילה מאוד גם עבור משטחים גדולים, כמו מסכי ענק או פאנלים סולאריים רבי עוצמה. ולא פחות חשוב: מכיוון שמדובר בממדים ננומטריים, כמויות הזהב והכסף הן מזעריות, והתהליך כולו זול יחסית לשיטות המקובלות היום לייצור מוליכים שקופים.

בנוסף לתכונות הגמישות החיוניות, עוסק פרופ’ מרקוביץ’ גם בתכונות האופטיות של שכבות דקות המורכבות מננו-מבנים מתכתיים. “אור הוא קרינה אלקטרומגנטית, בעלת גלים בממדים ננומטריים, לכן ננו-מבנים מתכתיים יכולים לשמש כננו-אנטנות הקולטות ומרכזות גלי אור,” מסביר פרופ’ מרקוביץ’. ” לדבריו, שכבות כמו ה’ננו-ספגטי’ שפותח במעבדתו יכולות לשמש כאנטנות שימקדו את קרינת השמש הפוגעת בשטח רחב. בדרך זו ניתן יהיה לייעל באופן ניכר את פעילותם של תאים סולאריים, ולהפיק כמות גדולה יותר של חשמל מאנרגיית השמש.

יישומים מבטיחים
ניסיון ראשון למסחור הטכנולוגיה החדשנית מתבצע כבר היום בשיתוף עם חברת פי.וי. ננוסל ממגדל העמק. בשלב הראשון מדובר ביישום הטכנולוגיה לייצור יריעות של תאים סולאריים העשויות מפולימרים, אשר יאפשרו לחובבי הקמפינג לייצר חשמל בשטח. בעתיד ייתכן כי יריעות דומות ייוצרו בייצור המוני לצורך ציפוי משטחים שונים, קירות ועוד, והשכבות הדרושות – ביניהן המוליך השקוף, פרי מחקרו של פרופ’ מרקוביץ’ – יוצמדו אל היריעות בשיטות מתקדמות של הדפסה. יישומים אפשריים של השכבות הללו בעתיד כוללים: צגי LCD גדולים, צגי LED מתקפלים והפשרת קרח או ייבוש אדים המצטברים על חלונות.

פרופ’ גיל מרקוביץ’ הוא כימאי פיזיקלי העומד בראש קבוצת מחקר בתחום הננו-חומרים, וכן בראש התוכנית הרב-פקולטית לתארים מתקדמים בחומרים וננו-טכנולוגיות. קבוצת המחקר שלו עוסקת בהכנת ננו-מבנים מחומרים שונים בשיטות כימיות ובחקר התכונות הפיזיקליות הייחודיות שלהם, כגון תכונות מגנטיות, חשמליות ואופטיות. בשנים האחרונות הייתה קבוצת המחקר בין החלוצות בתחום חדש הקרוי ננו-כיראליות. בשנה הקרובה יקבל פרופ’ מרקוביץ’ את ראשות בית הספר לכימיה באוניברסיטת תל-אביב. לבד מזאת הוא מעורב בפעילויות שונות לחינוך מדעי, ביניהן תכנית ‘מדעני העתיד’ ביחידה לנוער שוחר מדע באוניברסיטה.