ניירות-באקי – החומר הננוטכנולוגי החדש

“ניירות-באקי” – החומר הננוטכנולוגי החדש שממנו יורכבו מכוניות ומטוסים עתידיים

רוצים לטוס במטוס מנייר ננוטכנולוגי? רוצים לנסוע במכונית מנייר שהוא בעצם גיליון של צינוריות ננו? רוצים מחשב מניירות באקי? זה יכול להיות בעתיד הקרוב החומר שממנו יורכבו הדברים… רגע, רגע… לפני שמתחילים חוג אוריגמי, נשמע בדיוק במה מדובר.

זוכרים את הגרפין? יש לו בן דוד חדש. ישנו חומר חדש שקרוי “ניירות-באקי” והוא נראה במידה רבה כמו נייר פחם רגיל למדי. אבל אל תתנו לאנשים שירמו אתכם על ידי השם המטעה הזה או על ידי המראה של הנייר הדקיק. נייר באקי יכול לגרום למהפכה כאן באופן שבו הכל יהיה מיוצר, החל ממכוניות ועד למטוסים… ועד למערכות טלוויזיה מגיליונות נייר באקי של צינוריות פחמן דקיקות אבל חזקות להפליא. רגע… מטוסים מנייר? לא יתכן.

nanotube animation

Nanotubes and Buckyballs

ננו-צינוריות מפחמן

נייר באקי הוא פי עשר דק יותר, אבל פי 500 חזק יותר מאשר הפלדה. וזאת כאשר גיליונות של החומר נערמים ונלחצים חזק כדי ליצור תרכובת של החומר. זה מזכיר את הננו-צינורות נכון? אכן יש קרבה רבה כפי שנראה מיד. בניגוד להרכב הקונבנציונאלי של החומרים, החומר מוליך חשמל כמו נחושת או סיליקון והוא מפיץ חום כמו פלדה או פליז. החומר נראה ממש כמו בשורת הגביע הקדוש של הננוטכנולוגיה. החומר ונגזרותיו, צינוריות הננו מפחמן נמצאים בפיתוח כבר כמה שנים. אולם החוקרים רק לאחרונה הזניקו את החומר לכדי מימוש במציאות.

נייר באקי

נייר הבאקי מורכב ממולקולות פחמן בצורת צינוריות, שהן פי 50,000 דקות יותר מאשר השערה האנושית. בגלל התכונות הייחודיות של הננו-צינוריות ושל נייר הבאקי, הוא ממש מופיע כחומר פלאים חדש למטוסים ולרכבים, למחשבים רבי עוצמה ולמסכי טלוויזיה משופרים ולהרבה מוצרי צריכה אחרים.

עד עתה, נייר הבאקי יכול היה להיות מיוצר רק באחוז מסוים מחוזקו, בכמויות קטנות ובמחיר גבוה. אולם החוקרים מפתחים עתה טכניקות יצור שמהר מאוד יגרמו לו להיות תחרותי עם החומרים המורכבים ביותר שהיום ישנם בשוק. אם נייר הבאקי יכנס לפס היצור, הוא עלול לגרום למהפכה בטכנולוגיה בעסקי תעופת החלל והתעופה בכלל.

למעשה התגלית שהובילה לגילוי נייר הבאקי החלה ברצון להבין איך נוצרו החיים בחלל החיצון.

ב-1985 המדען האנגלי הארי קרוטו (Harry Kroto) הצטרף לחוקרים באוניברסיטת רייס שבארה”ב לניסוי כדי ליצור את אותם התנאים שקיימים בתוך כוכב. הם רצו לגלות כיצד כוכבים – שהם המקור לכל הפחמן ביקום – יוצרים את היסוד שהוא אבן בנין עיקרית של החיים על כדור הארץ. הניסוי התקדם כמתוכנן. אבל אז הופיע עוד שלב בניסוי שהוא היה בלתי מתוכנן, כך נזכר קרוטו.

קרוטו נמצא עתה באוניברסיטת פלורידה בראש תוכנית שמעודדת את חקירת המתמטיקה, המדע והטכנולוגיה בבתי ספר ציבוריים. שם בוצע בין השאר הגילוי. קרוטו מספר שהגילוי של נייר הבאקי היה גילוי של מולקולה בת 60 אטומי פחמן בעלת צורה כמו של כדורגל. לקרוטו המולקולה נראתה גם בנוסף כמו הכיפות הארכיטקטוניות שעוצבו על ידי באקמינסטר פולר (Buckminster Fuller) – ארכיטקט, ממציאן ועתידן. זה נתן לקרוטו השראה לקרוא למולקולה החדשה בשם באקמינסטרפולרן, או “כדורי באקי”, “פולרנים” בקיצור.

הכיפה שעוצבה על ידי פולר

ומי עיצב את ה”כיפות” באקי האלה? אלה הם כדורי באקי שיצרו אותם חוקרים ב-2005 לתמסורת תרופות.

Cornell researchers create DNA buckyballs for drug delivery, demonstrating use of synthetic DNA as building blocks

על גילוי כדורי הבאקי (הפולרנים) – הצורה השלישית של פחמן טהור שנתגלה אחרי הגרפיט והיהלום – קרוטו והקולגות שלו מאוניברסיטת רייס, רוברט קרל ((Robert Curl וריצ’רד אי. סמאלי – (Richard E. Smalley) קיבלו את פרס נובל לכימיה בשנת 1996.

פולרנים: fullerenes

Robert F. Curl Jr. Sir Harold W. Kroto Richard E. Smalley
Robert F. Curl Jr. Sir Harold W. Kroto Richard E. Smalley
third 1/3 of the prize third 1/3 of the prize third 1/3 of the prize
USA United Kingdom USA
Rice University
Houston, TX, USA
University of Sussex
Brighton, United Kingdom
Rice University
Houston, TX, USA
b. 1933 b. 1939 b. 1943
d. 2005

באופן נפרד פיזיקאי יפני בשם סומיו איג’ימה (Sumio Iijima) פיתח גרסה של החומר בצורת צינורות בעודו מבצע מחקר באוניברסיטת המדינה של אריזונה. חוקרים במעבדה של סמאלי באוניברסיטת רייס אחר כך לא בכוונה מצאו שהצינוריות נדבקו יחד כאשר מפזרים אותם בתמיסה נוזלית ומסננים אותם דרך רשת דקיקה, כך שנוצר קרום דק מאוד – נייר הבאקי.

מהו הסוד מאחורי החוזק של נייר הבאקי? החוזק שלו מונח בשטח הפנים הענק של כל ננו-צינורית שלו. אם לוקחים גרם של ננו-צינוריות, רק גרם אחד, ואם פותחים כל צינורית לגיליון גרפיט, ניתן למעשה לכסות כמעט שני שלישים של מגרש כדורגל.

כבר מתחילים להשתמש בננו-צינוריות לחיזוק בתעשייה ובטכנולוגיה של מוצרים. אבל עדיין בכמויות קטנות. נייר הבאקי, הוא קרום דק הוא בעל תכולת ננו-צינוריות גדולה מאוד, בערך 50 אחוז. עד כה מייצרים את נייר הבאקי רק במעבדה, אבל אוניברסיטת המדינה של פלורידה היא בשלבים המוקדמים של הקמת חברה שתייצר את נייר הבאקי באופן מסחרי. מעריכים שתוך חמש שנים יהיה בידנו חומר חדש לשימושים מסחריים להגנת מטוסים מפני נזקים ופגעים כמו ברקים (חשמליים) – מה שיחסוך דלק ומשקל. שימושים נוספים לנייר הבאקי יכולים להיות: אלקטרודות לתאי דלקים, סופר-קבלים ובטריות. נייר הבאקי יכול להיות יעיל יותר ותחליף קל יותר לגיליונות הגרפיט שבהם משתמשים במחשבים ניידים כדי לפזר חום, שזה מזיק לאלקטרוניקה.

המטרה לטווח ארוך היא לבנות מטוסים, מכוניות ודברים אחרים באמצעות תרכובות של נייר הבאקי. הצבא גם כן מחפש אחר חומרים ננוטכנולוגים דמויי נייר הבאקי לשימוש ביצירת מפעלי שריון ושימושים צבאיים אחרים.

 

 

Advertisements

0 thoughts on “ניירות-באקי – החומר הננוטכנולוגי החדש

  1. תודה על המידע הרב במאמר שלך.
    חלק ממה שכתבת במאמר אני מכירה אישית מהעבודה שלי.
    עשיתי פוסט דוקטורט של שלוש שנים ופרסמתי מאמרים על המיקרוסקופ המנהור הסורק
    התכתבתי בזמנו עם אחד הממציאים של המיקרוקופ המנהור הסורק, היינריך רוהר ודרכו הגעתי למעבדות יב”ם ברושליקון אשר בציריך שווייץ,
    שם הומצא המיקרוסקופ המנהור הסורק, וראיתי את הדגמים המקוריים של המיקרוסקופ המנהור הסורק מ-1981
    אני תעדתי את השהות שלי ביב”מ בציריך בצורת סרט ותמונות
    וזה מצוי בספריה של אוניברסיטת חיפה למי שמעוניין. מכיוון שמעבדת הננו ביב”ם ציריך הוא ארגון סגור למדי, ולא ניתן לראות את המעבדה לננוטכנולוגיה שם ואת המיקרוסקופ המנהור הסורק המקורי זהו תיעוד נדיר ביותר.
    למי שמתעניין בהיסטוריה של הננו זה מעניין.
    כמוכן היינריך רוהר סיפר לי על המצאת המיקרוסקופ ותעדתי זאת בפרסומים – תיעוד היסטורי.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s