שתף קטע נבחר
הכי מטוקבקות
    זירת הקניות
    זיכרון של זהב: המתכת שלא שוכחת
    מדענים בטכניון ובגרמניה הדגימו לראשונה את "זיכרון הצורה" בחלקיקי זהב. התגלית התפרסמה בכתב העת Advanced Science

     

    התנהגות הזהב. מתוך המחקר

    סגורסגור

    שליחה לחבר

     הקלידו את הקוד המוצג
    תמונה חדשה

    שלח
    הסרטון נשלח לחברך

    סגורסגור

    הטמעת הסרטון באתר שלך

     קוד להטמעה:

     

    חוקרים מהטכניון ומגרמניה הדגימו לראשונה את התופעות של זיכרון צורה ושחזור עצמי בחלקיקי זהב מיקרומטריים. זאת באמצעות דיפוזיה המכוונת על ידי פגמים בחלקיק. את המחקר, שהתפרסם בכתב העת Advanced Science, ערכו הדוקטורנט אולג קובלנקו וד''ר לאוניד קלינגר, בהנחיית פרופ' יוג'ין רבקין דיקן הפקולטה למדע והנדסה של חומרים בטכניון יחד עם כריסטיאן ברנדל מ-KIT - המכון הטכנולוגי קרלסרוהה שבגרמניה.

     

    החוקרים הסבירו כי חומרים זוכרי-צורה מאופיינים בכך שהם מסוגלים לתקן את הנזק שנגרם להם (למשל עיוות, דפורמציה) ולשוב לצורתם המקורית. לחומרים אלה יש שני מצבי צבירה (פאזות): אוסטניט (Austenite) , שהוא צורתו הראשונית הסימטרית והמסודרת יותר; ומרטנזיט (Martensite), שהוא מצב צבירה המאופיין באי סדר ובאי סימטריה אבל גם בחוזק רב יותר. דוגמה מוכרת למעבר בין שני המצבים היא יצירה של פלדה מחוסמת.

     

    פרופ' יוג'ין רבקין (צילום: דוברות הטכניון)
    פרופ' יוג'ין רבקין(צילום: דוברות הטכניון)

    עוד הסבירו החוקרים כי העברתו של החומר ממצב הצבירה האוסטניטי למצב הצבירה המחוסם, או המרטנזיטי, נעשית על ידי הפעלת כוח מכני על החומר או על ידי קירורו. המבנה דל הסימטריה של המרטנזיט מאפשר לחומר לספוג עיבורים פלסטיים גדולים בכך שגבישי החומר מסתדרים בהתאם לכיוון העומס המופעל עליו. גם אחרי דפרמציה פלסטית "זוכרים" הגבישים את מצבם המקורי, האוסטניט, ושואפים לחזור אליו. שאיפה זו תתגשם אם נחמם את החומר, שיהפוך את אנרגיית החום לאנרגיה מכנית שתחזיר את החומר למצבו המקורי.

     

    עד היום נצפתה תופעת זיכרון הצורה רק בסגסוגות מתכת ייחודיות כגון ניטינול (Ni-Ti). סגסוגות אלה מאופיינות בפולימורפיזם - ריבוי מצבי צבירה גבישיים אפשריים. כעת, לראשונה, הודגמה התופעה בחלקיקי זהב תת-מיקרומטריים. החוקרים "דקרו" את חלקיקי הזהב במחט יהלום, וזאת תחת מיקרוסקופ כוח אטומי (AFM). החלקיקים חזרו לצורתם המקורית בעקבות טיפול תרמי בחלקיקים הדקורים בטמפרטורה של 600 מעלות צלזיוס – כ-65% מטמפרטורת ההיתוך של הזהב.


    פרופ' יוג'ין רבקין (משמאל) וד"ר לאוניד קלינגר (צילום: דוברות הטכניון)
    פרופ' יוג'ין רבקין (משמאל) וד"ר לאוניד קלינגר(צילום: דוברות הטכניון)

     

    גילויה של תופעת זיכרון הצורה בחלקיקים אלה מפתיעה, לדברי פרופ' רבקין, משתי סיבות: "ראשית, צורתם המקורית של החלקיקים לא הייתה 'מושלמת' במונחים של אנרגיה ושיווי משקל ושנית, זהב במצבו המוצק אינו מאופיין בפולימורפיזם."

     

    כדי להבין את התהליך לעומקו בחנו החוקרים את התנועה האטומית הן במהלך הדקירה והן במהלך החימום, וזאת באמצעות סימולציות של דינמיקה מולקולרית אטומיסטית במחשב. הם הראו כי המעוות (דפורמציה) הנוצר בזמן הדקירה מתוּוך על ידי נוקליאציה והחלקה (nucleation and glide) של לולאות נקעים - פגמים חד-ממדיים בגביש שבאמצעותם הוא עובר דפורמציה פלסטית. הנקעים יוצרים מדרגות על פני החלקיק, ומדרגות אלה משמשות מעין "מסילות מנחות" המובילות את אטומי הזהב חזרה לעקבה (אתר הדקירה) בתהליך של דיפוזיה בטמפרטורה גבוהה. כך חוזר החלקיק לצורתו המקורית.

     

    מעניינת במיוחד העובדה שבשעה שדפורמציה פלסטית ודיפוזיה הן דוגמאות קלאסיות של תהליכים בלתי הפיכים, השילוב ביניהן יכול לבטל את אותה אי-הפיכות ולהוביל לשחזור מלא של צורת החלקיק. כדי להבין כמה מפתיע התהליך הזה אפשר לחשוב על קפה שנשפך מכוס ולאחר מכן הוא מזנק מהרצפה חזרה אל תוך הכוס או על מכונית החוזרת לצורתה המקורית אחרי תאונת טוטאל-לוס. לדברי פרופ' רבקין, גילויו של אפקט זיכרון הצורה בחלקיקי מתכת ננומטריים ומיקרומטריים עשוי לסייע בתכנון וביצירה של רכיבים והתקנים תת-מיקרומטריים שיהיו יציבים וחסינים בפני נזקים.

     

    "כולנו מכירים, לדוגמה, את תקלות הטעינה בסמארטפונים הנובעות משחיקת האזור שאליו מתחבר כבל ההטענה. ייצור אזור זה מחומרים בעלי יכולת ריפוי עצמי ימנע את השחיקה האמורה ואת הצורך בתיקון. שימוש אפשרי נוסף הוא הובלה מבוקרת של תרופות ליעדים בגוף החולה, וזאת על ידי החדרת תרופה לעקבה שתפלוט אותה החוצה בעקבות חימום", אמר פרופ' רבקין.

     

    למחקר המלא: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201700159/full

     

     

    לפנייה לכתב/ת
     תגובה חדשה
    הצג:
    כל התגובות לכתבה "זיכרון של זהב: המתכת שלא שוכחת"
    אזהרה:
    פעולה זו תמחק את התגובה שהתחלת להקליד
    צילום: דוברות הטכניון
    הדמיית מחשב של המודל האטומיסטי של החלקיק
    צילום: דוברות הטכניון
    מומלצים