חוקרים מגדלים חומרים אי-אורגניים בתוך פולימרים וכך יוצרים ננו-חומרים וננו-מבנים בעלי תכונות משופרות
“אנט שואפים לייצר ננו-חומרים וננו-מבנים נשלטים ומשופרים”, אומרת ד”ר תמר סגל-פרץ מהטכניון. “כדי לעשות זאת, אנחנו משלבים בין חומרים אורגניים, בעיקר פולימרים, שקל לעבוד איתם ואפשר לייצר מהם סיבים ומשטחים, אבל הם גם בעלי תכונות מכניות ואופטיות שמקשות על הנדוסם, לבין חומרים אי-אורגניים, בעיקר תחמוצות מתכתיות כגון תחמוצת אבץ. כך, החומרים האי-אורגניים מקנים לחומרים האורגניים תכונות נוספות ומשופרות – מגבירים את חוזקם המכני או משפרים את עמידותם לתנאי סביבה חיצוניים”.
מה השאלה? כיצד מייצרים ננו-סיבים שניתן להרכיב מהם מגוון התקנים, למשל כאלו המוליכים חשמלית ומבודדים במקביל?
ד”ר סגל-פרץ וחברי קבוצתה, מגדלים את החומרים האי-אורגניים בתוך הפולימרים כדי לשלוט במבנה הפנימי הננומטרי של החומר החדש, המשולב, שהם יוצרים. כך, חומר זה מקבל את תכונותיו משני העולמות – האורגניים והאי-אורגניים – ובהן תכונות אופטיות, חוזק מכני, והרכב מולקולרי שמגביר עמידות לתנאי סביבה כגון אור שמש וממיסים שונים. “אנחנו הופכים את הפולימרים לננו-מבנים אי-אורגניים או היברידיים בטכנולוגיות פשוטות. במגוון התקנים, כגון אלקטרודות לבטריות וממברנות למים. התהליך הקריטי מתרחש בתוך הננו-מבנים הללו. לכן אם שולטים בהם בהיבט הכימי, שולטים בתפקוד של ההתקנים הללו”, מסבירה ד”ר סגל-פרץ. צוות המחקר.
במחקר קודם ביקשו החוקרים לייצר ננו-מבנים תלת-ממדיים כדי שישמשו כרכיבים בהתקנים כגון שבבי מחשב. לשם כך השתמשו בפולימר בעל ננו-מבנה שמשמש תבנית לגידול חומרים אי-אורגניים. הם גידלו בתוכו שני חומרים כאלו במקביל – חומר אחד למעלה והשני למטה. גידול שני החומרים במקביל התאפשר באמצעות שליטה בדיפוזיה (פעפוע) של הקודמנים (תרכובת המשתתפת בתגובה כימית ליצירת תרכובת אחרת) שלהם, אל תוך הפולימר. לאחר מכן הסירו את הפולימר – שתיפקד כתבנית בלבד – וכך קיבלו ננו-מבנים תלת-ממדיים.
במחקרם האחרון, שזכה במענק מהקרן הלאומית למדע, ואשר המשיך את המחקר הקודם, השתמשו החוקרים בפולימרים, ייצרו מהם ננו-סיבים (בטכנולוגיית אלקטרו ספינינג – שיטת ייצור סיבים המשתמשת בכוח חשמלי), וגידלו בתוכם חומרים אי-אורגניים – חומר אחד בחלק החיצוני של הסיבים וחומר שני בחלק הפנימי שלהם. גם כאן גידול שני החומרים במקביל התאפשר באמצעות שליטה בדיפוזיה (פעפוע) של הקודמנים שלהם פנימה לתוך הפולימרים. כך הצליחו לשלוט במיקום החומרים האי-אורגניים בסיבים ובכמות שלהם.
החוקרים ממשיכים לבדוק חומרים אי-אורגניים נוספים שניתן לגדלם בשיטות דומות, כך שישמשו לרכיבים מוליכים חשמלית ומבודדים, מגנטיים ואופטיים.
לדברי ד”ר סגל-פרץ, “בדרך זו ייצרנו ננו-סיבים מורכבים וייחודיים שניתן להרכיב מהם מגוון יישומים, למשל התקנים שמצד אחד (בתוכם) מוליכים חשמלית ומצד שני (מחוץ להם) מבודדים; או רכיבים אופטיים עם שני החזרי אור – אחד בתוכם (פנימי) ואחד מחוץ להם (חיצוני). מדובר למעשה בשיטה ננו-טכנולוגית חדשה לייצור סיבים/ מבנים חלולים ומיוחדים, עם תכונות משתנות וחלק פנימי וחיצוני, שיכולים לשמש למעבר של מולקולות ויונים וכך למגוון התקנים”.
החוקרים ממשיכים לבדוק חומרים אי-אורגניים נוספים שניתן לגדלם בשיטות דומות, כך שישמשו לרכיבים מוליכים חשמלית ומבודדים, מגנטיים ואופטיים. רכיבים אלו יוכלו להשתלב בהתקנים משופרים, כגון ממברנות מים עמידות יותר לתנאים סביבתיים מאלו הקיימות, או אלקטרודות שחסינות לתהליכי טעינה ופריקה חשמליים.
החיים עצמם:
ד”ר תמר סגל-פרץ, 43, נשואה + שלושה ילדים (15,15, 11), מתגוררת בקרית טבעון. בזמנה הפנוי אוהבת לטייל, לנגן בפסנתר ולקרוא.
עוד בנושא באתר הידען:
