שניים זה תמיד ביחד

 

ננו-צינורות עשויים פחמן נצמדים לפולימרים בעוצמה העולה פי 10-5בהשוואה לעוצמת ההיצמדות של פולימירים לסיבי פחמן. ממצאים אלה, של פרופ' דניאל וגנר, ד"ר אסא ברבר וד"ר סידני כהן ממכון ויצמן למדע, פותחים אפשרויות לייצור חומרים מרוכבים חדשים, חזקים במיוחד. המחקר שהוביל לתגלית מתואר במאמר שפירסמו המדענים בכתב העת המדעי היוקרתי PHYSICAL REVIEX LETTERS.

 

שניים זה תמיד ביחד. כך אומרת סיסמת המיתוג של ערוץ 2, אבל כך גם אומר הטבע, בין הייתר בכל מה שקשור לחומרים מרוכבים, המשמשים מרכיבים מרכזיים בתעשיות התעופה, החלל, המכוניות, הביו-רפואה, ואפילו לייצור מוצרי ספורט מתקדמים כגון קסדות מגן, אופניים קלים במיוחד, מגלשי סקי קלים וחזקים, ועוד. חומר מרוכב בנוי משני חומרים, לעיתים שונים מאוד אחד מהשני - למשל, אחד רך והאחר קשה מאוד.השילוב בין שני החומרים האלה, כשאחד מהם מתפקד כמעין תבנית, ואילו השני ממלא אותו, יוצר חומר חדש, שבדרך כלל עולה בתכונותיו על שני מרכיביו. חומרים מרוכבים מלאכותיים נוצרו בהשראת חומרים מרוכבים טבעיים, הידועים בקשיחותם, כגון עצמות המורכבות ממינרל הדומה לחומרים קרמיים, ומהחלבון קולגן, המוסיף לחומר המרוכב תכונות של אלסטיות, ויכולת עמידה בלחצים מכניים. 

 

בשנות ה90- החלו מדענים רבים בעולם לנסות לתכנן וליצור חומרים מרוכבים שיכילו ננו-צינורות פחמניים. באותן שנים הראה פרופ' וגנר, שננו-צינורות העשויים פחמן ניחנים בחוזק רב: הם חזקים פי 100 מפלדה ופי 30 מסיבי פחמן. אבל כדי לשלב את הננו-צינורות הפחמניים בחומר מרוכב כלשהו, היה צורך לבדוק אם הם יכולים להיקשר ביעילות ל"שותפים המיועדים" שלהם. היצמדות טובה חיונית ליצירת חומרים מרוכבים טובים, שיוכלו גם לעמוד בלחצים חזקים.

 

כדי לבחון את עוצמת ההיצמדות של הננו-צינורות הפחמניים לחומרים שונים השתמשו פרופ' וגנר, ד"ר ברבר וד"ר כהן במיקרוסקופ כוח אטומי AFM. כך עלה בידיהם למדוד את עוצמת ההיצמדות בין ננו-צינור פחמני (שקוטרו שווה לכמיליונית המילימטר, כלומר, אחד חלקי מאה אלף מעוביה של שערת אדם), לבין חומרים פולימריים שונים. כדי לעשות זאת, החליטו המדענים להצמיד ננו-צינור פחמני אחד לפולימר, ואחר כך להפריד ביניהם, תוך מדידת הכוח שנדרש לביצוע ההפרדה. תוך כדי התמודדות עם האתגר הטכנולוגי הזה גילו המדענים , שסוד עוצמת ההיצמדות נובע מתופעה הקרויה "הרטבה", כלומר, הדרך שבה נוזל נפרס על פני משטח מוצק.מתברר, שהננו-צינורות הפחמניים מתאפיינים ברמת הרטבה גבוהה במיוחד, כאילו שהם "רוצים" שהנוזל יכסה אותם. כך,כאשר מצמידים ננו-צינור פחמני לפולימר, ואחר כך מחממים את הפולימר ומתיכים אותו, הפולימר הנוזלי מטפס על קצה הצינור ומכסה שטח נרחב ממנו. לאחר הקירור וההתמצקות, השכבה הפולימרית מכסה וצמודה לשטח רב משטח פניו של הננו-צינור הפחמני, דבר שמתבטא בעוצמת היצמדות רבה במיוחד, הגדולה פי 10-5מעוצמת ההיצמדות הנוצרת בין פולימרים לחומרים רבים אחרים, לרבות סיבי פחמן.

 

פרופ' וגנר אומר, שחומרים מרוכבים שייוצרו בדרך זו עשויים להציע אפשרויות יישום חדשות בתעשיות התעופה והחלל, בתכנון גשרים תלויים ארוכים במיוחד, ובתעשיית הננו-טכנולוגיה.