Page 13 - מגזין הטכניון | סתיו 2011

תמונות מהסימולציות שבוצעו בטכניון, המציגות את תהליך יצירת המגע בין שני ננו-גבישים.
משמאל: המבנה האטומי של הננו-גבישים לפני מגע. מימין: המנגנון הפסאודו-אלסטי
בפעולה )1 עד 8(. לצורך הצגת המנגנון מוצגים רק חלק מן האטומים המשתתפים בתהליך.
אפשר לראות שתוך כדי ההיצמדות נוצרים פגמים רבים )האטומים הצבועים באפור כהה(,
אך הפגמים הללו נעלמים בהמשך והננו-גבישים חוזרים לקדמותם
13 ÁÂ˙ÈÙ ¯˜ÁÓ
מתכת ו ח נ ק ן :
קישור כימי חדש
חוקרים בפקולטה לכימיה ע“ש שוליך גילו סוג חדש של קישור כימי ובכך
השלימו, למעשה, ”פאזל“ בתחום המדע הכימי הבסיסי, בהקשר של תהליכי
.Nature Chemistry קטליזה. הגילוי פורסם בכתבת השער של כתב העת המדעי
”קטליזה הא תחום רחב מאוד,“ מסביר ד“ר מרק גנדלמן. ”התחום הזה משפיע
על חיי היום-יום שלנו במישורים רבים. תהליכים קטליטיים מאפשרים לנו
ליצור חומרים חדשניים בעלי תכונות ייחודיות. רבים מהמוצרים שסביבנו -
מזון, תרופות, רכב, מטוסים ועוד - מקורם בתהליכי קטליזה, ושוק הקטליזה
העולמי נאמד ב-005 מיליארד דולר.“
קטליזה מבוססת על פעילות של קטליזטור. קטליזטורים רבים בנויים מליבת
מתכת וסביבה חומר אורגני המחזיק אותה. בין המתכת לבין החומר האורגני
מתקיים קשר כימי, שמאפייניו חשובים מאוד, שכן אופי הקשר הזה קובע חלק
מתכונות המתכת.
ÌÈȯ˘Ù‡ ÌÈÓ¢ÈÈ
ד“ר גנדלמן ועמיתיו גילו כעת קישור חדש בין מתכת לבין חומר אורגני המבוסס
על חנקן בעל מטען חיובי. קישורים מסוג זה התבססו עד כה בעיקר על פחמן
ויסודות ממשפחה זו, וזו הפעם הראשונה שמתגלה קישור לחנקן טעון חיובית.
התגלית סוללת דרך לפיתוח קטליזטורים חדשים עם תכונות מיוחדות, ובהמשך
- ליצירת חומרים פונקציונליים כגון תרופות וחומרים פלסטיים חדשניים.
קישור בין המתכת )אפורה( לבין חנקן טעון חיובית )כחול(
חוקרי הטכניון גילו מנגנון חדש ליצירת מגע בין ננו-גבישים, ובכך שפכו
אור על תעלומה רבת שנים בתחום הננו-מכניקה. התגלית, שעליה דיווח
, הולידה מונח חדש: פסאודו-Physical Review Letters כתב העת המדעי
אלסטיות.
”בעולם המדע קיימות כיום שתי אסכולות מרכזיות בקשר לדרך שבה
ננו-גבישים באים במגע ביניהם,“ מסביר פרופסור יוג‘ין רבקין מהפקולטה
להנדסת חומרים בטכניון. ”דעה אחת גורסת שהגבישים נמתחים כדי
ת אלסטי(, אך משהם נדבקים הם חוזרים לצורתם המקורית.ָ ו ֲעַ להיצמד )מ
על פי דעה אחרת, הכוחות הבין-אטומיים חזקים מספיק כדי להתגבר,
במהלך ההתקרבות, על החוזק של הננו-גבישים ולגרום להם לשינוי צורה
ת פלסטי( - כלומר משאיר בהם פגמים הקרויים בשפהָ וֲעַבלתי-הפיך )מ
המקצועית ’נקעים‘.“
”בתצפיות ניסוייות שנערכו בעבר התגלו בגבישים כאלה נקעים בודדים
בלבד, וזאת בניגוד למודלים האנליטיים, שניבאו נקעים רבים לאור
המאמצים המשמעותיים שנוצרים בננו-גבישים תוך כדי החתירה למגע.
כדי ליישב את הסתירה השתמשנו בכלי סימולציה מתקדמים, באמצעות
מחשב מקבילי עתיר-ביצועים הנמצא בטכניון.“
”החישוב מבוצע ברמה האטומית,“ מספר ד“ר דן מרדכי מהפקולטה
להנדסת מכונות בטכניון, שבעת המחקר עשה את הפוסט-דוקטורט שלו
אצל פרופסור רבקין. ”אנו מתארים את הננו-גבישים באמצעות האטומים
המרכיבים אותם והכוחות שבין האטומים. חישובים כאלה כוללים מאות
אלפי אטומים.“
חוקרי הטכניון מצאו שאף אחת מן האסכולות אינה מתארת את התהליך
באופן מלא. הם הראו בסימולציה שכאשר ננו-גבישים מתקרבים, כוחות
האינטראקציה ביניהם גדלים לרמה כזו שאכן גורמת ליצירת נקעים רבים;
אולם בתהליך ההיצמדות בין הננו-גבישים נוצרים נקעים נוספים, אשר
מתקנים את הפגמים.
התגלית הולידה מונח חדש בתחום הננו-מכניקה: פסאודו-אלסטיות.
פסא ו ד ו - אלסט י ו ת :
כך מתרחשת האינטראקציה בין ננו-גבישים
תכונה זו מאפשרת לננו-גביש לשמור על צורתו המקורית גם אם הכוחות
הפועלים עליו גדולים מספיק כדי להתגבר על החוזק שלו.
במחקר השתתף פרופסור דיוויד סרולוביץ, יו“ר המכון לחישובים עתירי
ביצועים בסינגפור.
עיצוב: עידו ארמיאץ