עקלתון

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

האם פיסות נייר שעליהן כתובות מילים, המתערבבות בקופסה, עשויות להיצמד זו לזו ולהרכיב באופן ספונטני משפטים מלאים ומדויקים? הסיכויים שזה יקרה הם קלושים. אבל בטבע, מבנים מורכבים אכן נוצרים באופן ספונטני ממרכיבים פשוטים, בדרך הידועה בשם "ארגון עצמי". תופעה זו ידועה בתחומים רבים, ובהם קוסמולוגיה, גיאולוגיה, מדעי הצמח והתפתחות עוברית.

 

ד"ר ארנסטו יוסלביץ, מהמחלקה לחקר חומרים ופני שטח במכון ויצמן למדע, מנסה לשחזר את התופעה הזאת בעולמם של הננו-צינורות. "ננו-צינורות העשויים פחמן הם חוטים מולקולריים בעלי תכונות מכניות, אלקטרוניות, אופטיות ותרמיות ייחודיות", אומר ד"ר יוסלביץ. "תכונותיהם הייחודיות עושות אותם למועמדים טבעיים לשמש כרכיבים לבניית התקנים אלקטרוניים ומכניים מתקדמים. אבל, בגלל זעירותם (עוביים קטן פי 100,000 מעוביה של שערת אדם), ובשל הנטייה שלהם להתאסף בגושים, קשה למדענים להשתמש בהם".

 

במטרה להתגבר על הקושי הזה מנסים ד"ר יוסלביץ ותלמידי המחקר אריאל ישמח ונועם גבלינגד לפתח דרכים שיגרמו לננו-צינורות להתארגן באופן עצמאי במערכים מסודרים. עד כה הצליחו המדענים לגרום לננו-צינורות להתארגן במבנים אקזוטיים, דמויי נחשים ולולאות, המכונים "עקלתונים". מדובר במבנים המורכבים ביותר שנוצרו עד כה מננו-צינורות. ממצאים אלה התפרסמו באחרונה במאמר השער בכתב-העת המדעי Nature Nanotechnology.

 

ד"ר יוסלביץ אומר, שמבנים ישרים של ננו-צינורות עשויים לשמש לבניית ננו-מעגלים אלקטרוניים, אבל מבנים מורכבים יותר, דוגמת ה"עקלתונים", עשויים לשמש לבניית התקנים מתוחכמים יותר.

 

כדי לגרום לננו-צינורות להתארגן באופן עצמאי במבנים כל-כך מורכבים, גייסו המדענים דווקא מעט אי-סדר. באופן מפתיע, תנודות אקראיות ואי-סדר גורמים להתארגנות של מבנים מסודרים ומורכבים בתחומים שונים בטבע, ולכן החליטו המדענים לנסות ולהפעיל אי-סדר גם בעולמם של הננו-צינורות. בשלב הראשון הם הפעילו טכניקה שפיתחו במחקר קודם, שבו הצליחו לגרום לננו-צינורות לגדול על גבישים שפני השטח שלהם אינם ישרים, אלא מדורגים מדרגות מדרגות בגודל אטומי. הננו-צינורות "התעצלו" לעלות במדרגות, ופשוט גדלו לאורכן. כך נוצרו מבנים ישרים של ננו-צינורות מקבילים, אם כי ללא תנודות ואי-סדר. לפיכך, שיטה זו אינה יכולה להביא להיווצרות מבנים מורכבים דוגמת עקלתונים.

 

כדי "לעודד" את הננו-צינורות להתארגן בעצמם במבנים מורכבים, הזרימו אליהם המדענים גז, בעת תהליך הגידול. אבל הצימוד בין הננו-צינורות לפני השטח של הגביש היה חזק מדי, והגז לא הצליח להשפיע על התארגנותם של הננו-צינורות.

 

כאן, שוב, השתמשו המדענים בידע שהשיגו במחקר קודם: חומרים מסוימים, דוגמת זכוכית, מפריעים לננו-צינורות לגדול על-פני גביש, וגורמים להם לגדול כלפי מעלה. כאשר המדענים זרעו "זרע" של ננו-צינור באי של זכוכית המוצב בגביש לא ישר, נוצרו תנאי הגידול שאיפשרו היווצרות של מבנים מורכבים. כאשר הננו-צינור הגדל הגיע לאורך מסוים, הוא נפל במהירות ויצר פיתולים, שמהם נוצרו העקלתונים.

 

המדענים גילו, כי אפשר לשלוט בצורת העקלתונים הנוצרים באמצעות שינויים בתנאי גידולם. למשל, שימוש בזרם גז חזק גורם ל"פניות פרסה" גדולות יותר, מה שיוצר עקלתונים רחבים יותר. החלפת הכיוון של זרימת הגז גורמת להיווצרות סלילים לולייניים במקום עקלתונים. כל אחד מהמבנים האלה, ומבנים נוספים שייבנו בעתיד, עשוי להתאים ליישומים שונים בתחומי הננו-טכנולוגיה.

 

"הגיאומטריה של העקלתונים נפוצה בעולמם של הדברים הגדולים, במערכות שונות, כגון אנטנות, רדיאטורים, גופי חימום וקירור, וכן גם במנורות ומערכות השקיה", אומר ד"ר יוסלביץ. "ננו-עקלתונים עשויים לשמש בין היתר לבניית גופי קירור למעגלים אלקטרוניים, התקנים אלקטרו-אופטיים, גלאי אינפרא-אדום רגישים במיוחד, וגם לבניית דינמו להפקת אנרגיה העשוי ממולקולה אחת. אבל בעיני, תכונתם החשובה ביותר היא היופי שלהם".