חדשות אקראיות מהארכיון דרך חדשה לעבור צחצוח אוויר
03.05.2015
כאשר אנו מדברים על משהו קל וחסר משקל, אנו משתמשים לעתים קרובות בשם התואר "אוויר". עם זאת, לאוויר עדיין יש מסה, גם אם קטנה - מטר מעוקב של אוויר שוקל קצת יותר מקילוגרם. האם ניתן ליצור חומר מוצק שיתפוס, למשל, מטר מעוקב, אך במקביל ישקול פחות מקילוגרם? בעיה זו נפתרה בתחילת המאה הקודמת על ידי הכימאי והמהנדס האמריקאי סטיבן קיסטלר, שידוע כממציא האיירגל.
מבנה המאקרו המודפס בתלת מימד של ה-airbrush נותן לו תכונות מכניות ייחודיות מבלי לאבד את אופי ה"גרפן" שלו. קרדיט: Ryan Chen/LLNL מבנה המאקרו המודפס בתלת-ממד של Airbrush מעניק לו תכונות מכניות ייחודיות מבלי לאבד את אופי ה"גרפן" שלו.
כנראה, עבור רבים, הקשר הראשון עם המילה "ג'ל" קשור לסוג כלשהו של מוצר קוסמטי או כימיקלים ביתיים. למרות שלמעשה ג'ל הוא מונח כימי לחלוטין המתייחס למערכת המורכבת מרשת תלת מימדית של מקרומולקולות, מעין מסגרת, שבתוכה יש נוזל. בשל המסגרת המולקולרית הזו, אותו ג'ל רחצה אינו מתפשט על כף היד, אלא מקבל צורה מוחשית. אבל אי אפשר לקרוא לג'ל רגיל כזה אוורירי - הנוזל, המרכיב את רובו, כבד כמעט פי אלף מהאוויר. זה המקום שבו הנסיינים העלו את הרעיון כיצד להכין חומר קל במיוחד.
אם אתה לוקח ג'ל נוזלי, ובדרך כלשהי מסיר ממנו מים, ומחליף אותם באוויר, אז כתוצאה מכך יישאר רק שלד מהג'ל, שיספק קשיות, אך בו זמנית כמעט ללא משקל. חומר זה נקרא airgel. מאז המצאתו ב-1930, החלה סוג של תחרות בין כימאים ליצירת האיירגל הקל ביותר. במשך תקופה ארוכה שימש בעיקר חומר המבוסס על דו תחמוצת הסיליקון להשגתו. הצפיפות של אירוג'לים מסיליקון כאלה נעה בין עשיריות למאותיות הגרם לסנטימטר מעוקב. כאשר החלו לשמש ננו-צינוריות פחמן כחומר, צפיפות הג'ל האוויר הופחתה בכמעט שני סדרי גודל. לדוגמה, לאירגרפיט היה צפיפות של 0,18 מ"ג/סמ"ק. נכון להיום, כף היד של החומר המוצק הקל ביותר שייכת ל-airbrush, הצפיפות שלה היא רק 3 מ"ג / cm0,16. למען הבהירות, קוביית מטר העשויה מנייר מוברש באוויר תשקול 3 גרם, שזה קל פי שמונה מאוויר.
עם זאת, כימאים מונעים בהרבה לא רק עניין ספורט, וגרפן כחומר לאווירג'לים החל לשמש לא במקרה. לגרפן עצמו יש הרבה תכונות ייחודיות, הנובעות בעיקר מהמבנה השטוח שלו. מצד שני, לאירוגלים יש גם מאפיינים מיוחדים, שאחד מהם הוא שטח פנים ספציפי עצום, המסתכם במאות ואלפי מטרים רבועים לגרם חומר. אזור עצום כזה מתעורר בגלל הנקבוביות הגבוהה של החומר. כימאים כבר הצליחו לשלב את התכונות הספציפיות של גרפן עם המבנה הייחודי של איירגלים, אבל חוקרים מהמעבדה הלאומית של ליברמור נזקקו משום מה גם למדפסת תלת מימד כדי ליצור מברשת אוויר.
על מנת להדפיס אירוג'ל, ראשית היה צורך ליצור דיו מיוחד המבוסס על תחמוצת גרפן. בנוסף לעובדה שיש להבריש אותם, יש צורך שדיו כזה יהיה מתאים להדפסה תלת מימדית. לאחר שפתרו את הבעיה הזו, כימאים שמו את ידם על שיטה שבאמצעותה ניתן לייצר איירבראש עם המיקרו-ארכיטקטורה הרצויה. זה חשוב מאוד, כי בנוסף לתכונות הגלומות בגרפן, לחומר כזה יהיו גם תכונות פיזיקליות מעניינות. לדוגמה, הדגימה שקיבלו מחברי המחקר התבררה כאלסטית בצורה מפתיעה - ניתן היה לדחוס קובייה מבושלת עשר פעמים ללא פגיעה בחומר, בעוד שהיא לא איבדה את תכונותיה במהלך מתיחה-דחיסה חוזרת.
היכולת לדחוס שוב ושוב מבדילה את ה-airbrush המודפס מזו המתקבלת בדרך ה"רגילה". אחד מהיישומים המעשיים של ה-airbrush החדש יכול להיות סוללות חשמליות גמישות, שבהן המשטח הפנימי הגדול של החומר ישמש כאלקטרודה, בעוד המבנה המודפס יעניק לו את הגמישות הרצויה.
|