בשבח השטחיות

 

 

מוצרים תעשייתיים לא מעטים עשויים מתערובות של חומרים שונים. הצורך בתערובות נובע מהצורך לייצר מוצר מסוים מחומר שיתאפיין במספר תכונות שאי-אפשר לקבל אותן מחומר אחד ויחיד. כך, המדענים שמייצרים וחוקרים תערובות עוסקים, למעשה, ביצירת "שיתוף פעולה" בין חומרים שונים. אחת השאלות הנחקרות בתחום זה היא "שאלת פני השטח", כלומר, איזה חומר ממרכיבי התערובת יתרכז קרוב לפני השטח שלה, ואיזה חומר "יעדיף" להתרכז בעיקר באזורים פנימיים יותר של התערובת. לשאלה זו נודעת חשיבות רבה, מכיוון שהחומר שיתרכז בקרבת פני השטח הוא זה שיקבע את תכונות התערובת בתחומים שונים, כגון מידת החלקות של החומר, מידת החיכוך שלו עם הסביבה, יכולתו של החומר לקלוט או להחזיר קרינה מסוגים שונים, האם הוא נוח לשטיפה, ועוד.

 

מהן התכונות הגורמות לחומר מסויים "להעדיף" את קרבת פני השטח? מדוע חומרים אחרים מתרכזים בעיקר בעומק התערובת? פרופ' יעקב קליין ותלמיד המחקר אולריך שטיינר מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון, בחנו באחרונה את השאלות האלה. הם יצרו תערובת שהכילה שני חומרים פולימריים דומים (פולימר הוא חומר שהמולקולות שלו בנויות כשרשרת ארוכה של יחידות זהות). לאחר שסיימו לערבב את התערובת והניחו לה לזמן מה, התברר שאחד מהפולימרים מתרכז בעיקר בקרבת פני השטח, שם הוא יוצר שכבה עבה יחסית: כ-1,000 אנגסטרום (אנגסטרום הוא עשירית מיליונית המילימטר). נמצא שכאשר התערובת כוללת שני פולימרים הדומים זה לזה מבחינה כימית, גדלה "שאיפתו" של הפולימר הגמיש יותר להתרכז בקרבת פני השטח של התערובת, תוך יצירת שכבות.

 

החוקרים הישוו את הממצאים האלה לניבויים תיאורטיים שונים, שחלקם אומתו בעקבות הניסוי. מתברר שתהליכי ההתעבות של החומרים שמתרכזים קרוב לפני השטח נשלטים ומונעים בעיקר על ידי כוח ואן-דר ואלס, הפועל בין מולקולות נייטרליות. הבנה זו של תהליכי התארגנות חומרים בתערובות תוכל אולי, בעתיד, לסייע בתכנון חומרים ותהליכים תעשייתיים שונים.

 

כדי לזהות את הפולימר שמצטבר בקרבת פני השטח של התערובת, ולמדוד את עובי השכבות שהוא יוצר, הפעילו המדענים את מאיץ היונים ואן דה-גראף שבמכון. מאיץ יונים זה נחנך במכון בשנת 1957 והוא חוגג השנה את יום הולדתו ה-40, מה שלא מפריע לו להמשיך ולשמש למחקרים המתבצעים בחזית המדע בעולם.