שיישאר בננו

היבטים שונים של ננו חלקיקים: כיצד מארגנים אותם למשטחים או לצינורות, מה התכונות הפיזיקליות שלהם ועוד

מתוך תכנית 121 - טכנולוגיה:

 

ועכשיו נחזור לתחום שאנחנו אוהבים לבדוק אותו לעתים קרובות: הפיתוחים הננו-טכנולוגיים. מיליארדי דולרים מושקעים בתעשייה הזאת, שמפתחת חומרים בעלי תכונות ספציפיות, "לפי הזמנה". באוניברסיטת תל-אביב בודקים את התכונות הפיזיקליות של ננו-חלקיקים, ומפתחים שיטות לארגון שלהם למבנים מסודרים כמו גבישים, משטחים וצינורות. איפה נוכל למצוא אותם בעתיד? בדיסקים קשיחים משופרים, למשל, או במעגלים חשמליים זעירים. תמר גלבוע וליאת מר ניסו להבין את סודם של הפרטים הקטנים.

 

מהי ננו טכנולוגיה ולמה היא מושכת כל כך הרבה עניין לאחרונה?

באופן כללי, מדובר בתחום "אופנתי" שעובר התפתחות מואצת לאחרונה, ונושא למחקר מקיף. לננו-טכנולוגיה ישנם יישומים בתחומים רבים: יצור של חומרים בעלי תכונות ספציפיות, רצויות, שיכולים לשמש לבניית מטוסים או לוויינים, תעשיית הקוסמטיקה, יצור שבבים זעירים לתעשיית האלקטרוניקה והמחשבים, בניית רובוטים זעירים שיתפקדו כ"רופאים תוך גופיים", ועוד.

 

במה עוסק המחקר הנוכחי?

המחקר מתמקד בננו-חלקיקים ממתכות שונות. המטרה היא לסדר את החלקיקים במבנים מאורגנים שונים, כמו משטחים, צינוריות זעירות, וגבישים, לבדוק כיצד החלקיקים מסתדרים במבנים אלו, ומהם תכונותיהם הפיזיקליות. לימוד והבנה של התכונות הפיזיקליות יאפשר לשפר את תהליך היצור של המבנים, וקבלת תוצר בעל תכונות רצויות. (לדוגמא – גבישים המשמשים ליצירת דיסקים קשיחים. ככל שהחלקיקים אחידים יותר, כך תעלה איכותו של הדיסק).

היבט חשוב של המחקר הוא הנסיון לייצר חוטים/צינוריות זעירות מננו חלקיקים, שישמשו מרכיבים במעגלים אלקטרוניים זעירים (לשימוש ברובוטים זעירים, שבבי מחשב…). התהליך מתבצע בשיטה כימית רטובה (כלומר בתוך תמיסה).

 

כיצד יוצרים משטחים וחוטים של ננו חלקיקים?

בשלב ראשון יוצרים תמיסות המכילות את החלקיקים, ו"מבשלים" אותם בחום גבוה, בתנאים מיוחדים. לחלקיקים המתכתיים (ברזל, כסף, פלטינה…) מוסיפים שומנים, היוצרים מעטפת סביב החלקיקים, מייצבים אותם, ומונעים מהם להדבק לגושים לא אחידים. לבסוף דוחסים אותם למשטח, על פני מים.

את המשטח ניתן לטבול בתמיסה, בתנאים מתאימים, כך שיגדלו עליו מקלות זעירים של מתכת.

 

אילו שימושים יש למשטחים ולמבנים של ננו חלקיקים?

1. חלקיקים מגנטיים – אלו עשויים מתרכובת של ברזל וחמצן (-מגנטיט). יצירת משטח של ננו חלקיקים מגנטיים מאפשרת מחקר בסיסי על תכונות מגנטיות, ותופעות פיזיקליות הקשורות בהם. משטחים של חלקיקים מגנטיים משמשים היום בתעשיית הדיסקים הקשיחים. ה- hard disk הוא בעצם משטח מצופה בחלקיקים מגנטיים, המופרדים זה מזה בחומר לא-מגנטי. מבנהו המיוחד מאפשר לו לאגור מידע. על בסיס המחקר המוצג כאן, ניתן יהיה לייצר שבב מגנטי זעיר, ומשופר. זאת בגלל שהחלקיקים יהיו אחידים יותר, ויפוזרו בצורה שווה על המשטח.

2. חוטי מתכת (כסף, זהב, פלטינה ועוד) – אלו יכולים לשמש כמרכיב במעגלים חשמליים זעירים (לרובוטים זעירים, שבבים וכו'). כיום קיימת טכנולוגיה יקרה ומורכבת ליצירת חוטים כאלו. המחקר הנוכחי מנסה לפתח שיטה נוחה יותר ליצור חוטים. המטרה היא להגיע למצב בו ניתן יהיה לטבול פרוסת סיליקון בתמיסה, והחוטים "יתארגנו מעצמם" על גבי המשטח, ויצרו מעגל חשמלי.