חוקרי הטכניון ייצרו סיבים פחמניים החזקים מפלדה

הסיבים נטוו מננו-צינוריות של פחמן והם משלבים עוצמה של פלדה וגמישות של חוט טקסטיל. במחקר השתתפו גם חיל האוויר האמריקני והחברה היפנית-הולנדית Teijin Aramid

אסף גולן | 18/2/2013 16:32

תגיות: פלדה,פחמן

חוקרי הטכניון ואוניברסיטת רייס האמריקנית הצליחו ליצור סיבים העולים בתכונותיהם על סיבים קיימים, כסיבי פלדה או נחושת. החוט של הסיבים נראה כמו חוט כותנה שחור והוא משלב בתוכו חוזק, קשיחות ומוליכות תרמית סגולית של סיבי פחמן עם הולכה חשמלית של מתכות. הסיביים עשויים ננו-צינוריות של פחמן ומיוצרים ע"י טוויה רטובה, בתהליך הדומה לתהליך טווית סיבים תעשיתיים כמו קוולר.

יחליף את הפלדה. שכבות הפלדה על סכין צילום: יהונתן שאול

תהליך זה, הניתן לגמלון (הגדלת קנה המידה), מיועד ליישומים עתירי-ערך, כמו רכיבים אלקטרוניים לתעשיית התעופה והחלל, ועשוי להתפתח ליצור חומרים הנדסיים עם השלכות כלכליות ארוכות-טווח, ממוצרי אלקטרוניקה ביתיים ועד להולכת חשמל למרחקים גדולים. כך דיווח כתב העת המדעי היוקרתי Science. מדובר בתהליך ישִׂים לתעשייה (חלל, תעבורה, רפואה וביגוד חכם).

הסיבים החדשים, תוצאה של מחקר שהחל לפני עשור, נטווים מננו-צינוריות של-פחמן (carbon nanotubes - CNTs) חומר שהתגלה בשנת 1991, המשלב את המאפיינים החיוניים של חוט מתכת (בחום ובהולכה; מוליכות החוט גבוהה פי 10 מסיבי הגרפיט הטובים ביותר כיום), סיב פחמן חזק, וחוט טקסטיל גמיש (כלומר אינו נשבר כמו סיבי גרפיט).

שמן של הננו-צינוריות נעוץ בגודלן, מכיוון שקוטר הצינוריות הוא כמה ננומטרים (בערך 1 חלקי 50,000 מרוחב שערה אנושית) ואילו אורכן יכול להיות כמה מילימטרים. יש שני סוגים עיקריים של ננו-צינוריות: בעלות שכבה אחת (Single Walled Nanotube - SWNT), ובעלות שכבות רבות (Multi-Walled Nanotube - MWNT) - צינורית בתוך צינורית, וכן הלאה, למספר שכבות.

ננו-צינוריות פחמן (carbon nanotube) הם אלוטרופ של פחמן. כלומר חומרים העשויים מאותו יסוד כימי, אך המבנה המולקולרי שלהם והקשרים הכימיים שונים. למרות שהאטומים בחומר זהים, תכונות החומרים יכולות להיות שונות בתכלית. שלושה אלוטרופים מוכרים של פחמן הם יהלום, גרפיט ופחמן אמורפי.

מדובר בחומר השייך למשפחת הפולרנים. כלומר קבוצת אלוטרופים של פחמן טהור, שצורתם יכולה להיות כדורית, המבנה הכימי של הפולרנים דומה לזה של גרפיט, אך בניגוד לגרפיט הם עשויים לכלול גם טבעות מחומשות

(או מתומנות) המונעות מהמולקולה כולה להיות מישורית. במילים אחרות מדובר בננו-חומרים, אשר בהם יש תיחום קוונטי בשני ממדים, מה שמקשר אותן למשפחת הננו-חוטים. ניתן לתאר את הצינוריות כמשטחי גרפן שהסתדרו בצורת גליל, וסגרו על עצמם.

אטומי הפחמן יוצרים צינוריות קצרות וקטנות ביותר; לעתים באחד או בשני הקצוות יש כיפה בצורת חצי כדור. הצינוריות מפגינות חוזק יוצא דופן, תכונות חשמליות ייחודיות ומוליכות חום גבוהה. תכונות אלה הופכות אותן לבעלות פוטנציאל רב בתחומים מגוונים כמו: ננוטכנולוגיה, אלקטרוניקה, אופטיקה והנדסת חומרים.

מוביל המחקר הוא מתיאו פסקואלי, פרופסור להנדסה כימית וביו-מולקולריות ולכימיה באוניברסיטת רייס ביוסטון, טקסס. השותפים הטכניוניים בפרויקט הם פרופסור ישעיהו טלמון ופרופסור יכין כהן מהפקולטה להנדסה כימית. במחקר השתתפו גם חיל האוויר האמריקני והחברה היפנית-הולנדית Teijin Aramid.

היכנסו לעמוד הפייסבוק החדש של מעריב בואו להמשיך לדבר על זה בפורום המדע -