חוקרים בטכניון פיתחו שיטה חדשה ליצירת מחטים ננומטריות. בתהליך זה נוצרות המחטים מתוך פגמים קוויים הנקראים נקעים וקיימים במתכות. בטכניון אמרו כי זו הפעם הראשונה שבה נקעים של חומר אחד מהווים תבנית ליצירת מחטים של חומר אחר. את המחקר הובילו פרופ' בעז פוקרוי והדוקטורנטית לוטן פורטל מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים וממכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה (RBNI) , והוא פורסם בכתב העת PNAS.
3 צפייה בגלריה
בשחור לבן: תמונת חתך-צד במיקרוסקופ אלקטרונים סורק של דגם המכיל ננו-מחטי זהב-ציאניד שנוצר מסגסוגת זהב-כסף (עומק בדגם – 2 מיקרונים מפני שטח הדגם)
(צילום: דוברות הטכניון)
החוקרים הסבירו כי נקעים הם תופעה משמעותית במדע של חומרים, שכן הם משפיעים על תכונות החומר ברמות המיקרו והמאקרו. לדוגמה, ריכוז גבוה של נקעים מוביל לעלייה בחוזק ובקשיות של המתכת. קצות הנקעים המופיעים בפני השטח של המתכות, והאטומים הממוקמים בקרבת קצוות אלה, נוטים להיות ריאקטיביים יותר ביחס לשאר האטומים בחומר ולקיים תגובות כימיות שונות כגון קורוזיה.
החוקרים בקבוצתו של פרופ' פוקרוי יצרו מחטים העשויות מקומפלקס של זהב-ציאניד. במינוח מקצועי מדובר במנגנון לסינתזה של מערכות אי-אורגניות של זהב-ציאניד (Au-CN) בתצורה של ננו-מחטים הגדלות בתהליך אוטו-קטליטי (זירוז-עצמי של התגובה). קומפלקס הזהב-ציאניד משמש בתחומים רבים כגון חיישני אמוניה (NH3), קטליזה (זירוז) של תגובות המרה של מים מנוזל-לגז ועוד.
בתהליך שפותח בקבוצתו של פרופ' פוקרוי מתגבשות הננו-מחטים בקצות הנקעים הממוקמים בפני השטח של סגסוגת הזהב-כסף המקורית, והמבנה הסופי שמתקבל הוא של זהב ספוגי (ננו-פורוזיבי) קלאסי עם שכבה של ננו-מחטים הגדלות מתוכו. תהליך גידול המחטים מתרחש במקביל לתהליך הפרדת הסגסוגת הקלאסית של הכסף מהמערכת, ומתאפשר רק כאשר צפיפות הנקעים בחומר מגיעה לערך קריטי המוצג במודל הקינטי שפותח במאמר.
המודל שהוצג במאמר מספק מסלול אפשרי לגידול של קומפלקסים אי-אורגניים חד-ממדיים (1D), תוך שליטה אפשרית בכיוון הגידול, בצורה ובמורפולוגיה של הגביש, בהתאם למערכות ההחלקה של הסגסוגת המקורית. לדברי החוקרים, להישג מדעי וטכנולוגי זה יישומים פוטנציאליים רבים.
3 צפייה בגלריה
בתרשים: איור סכמטי המתאר נוקליאציה וגידול חד-ממדי של ננו מחטי זהב-ציאניד לאורך נקע בסגסוגת המקורית במהלך תהליך הפרדת הסגסוגת הקלאסי
(איור: דוברות הטכניון)
המחקר נתמך במענק ERC מטעם הנציבות האירופית למחקר (European Union’s Horizon 2020).
