נקעים בזהב כ”תבנית קטליטית” לגידול ננו-מחטים

פרופ’ בעז פוקרוי

חוקרים בטכניון מציגים שיטה חדשנית ליצירת מחטים ננומטריות. בתהליך זה נוצרות המחטים מתוך פגמים קוויים הנקראים נקעים וקיימים במתכות. זוהי הפעם הראשונה שבה נקעים של חומר אחד מהווים תבנית ליצירת מחטים של חומר אחר. את המחקר הובילו פרופ’ בעז פוקרוי והדוקטורנטית לוטן פורטל מהפקולטה למדע והנדסה של חומרים וממכון ראסל ברי לננוטכנולוגיה (RBNI) , והוא פורסם בכתב העת PNAS .

נקעים הם תופעה משמעותית במדע של חומרים, שכן הם משפיעים על תכונות החומר ברמות המיקרו והמאקרו. לדוגמה, ריכוז גבוה של נקעים מוביל לעלייה בחוזק ובקשיות של המתכת. קצות הנקעים המופיעים בפני השטח של המתכות, והאטומים הממוקמים בקרבת קצוות אלה, נוטים להיות ריאקטיביים יותר ביחס לשאר האטומים בחומר ולקיים תגובות כימיות שונות כגון קורוזיה.

החוקרים בקבוצתו של פרופ’ פוקרוי יצרו מחטים העשויות מקומפלקס של זהב-ציאניד. במינוח מקצועי מדובר במנגנון לסינתזה של מערכות אי-אורגניות של זהב-ציאניד (Au-CN) בתצורה של ננו-מחטים הגדלות בתהליך אוטו-קטליטי (זירוז-עצמי של התגובה). קומפלקס הזהב-ציאניד משמש בתחומים רבים כגון חיישני אמוניה (NH3), קטליזה (זירוז) של תגובות המרה של מים מנוזל-לגז ועוד.

לוטן פורטל

בתהליך  שפותח בקבוצתו של פרופ’ פוקרוי מתגבשות הננו-מחטים בקצות הנקעים הממוקמים בפני השטח של סגסוגת הזהב-כסף המקורית, והמבנה הסופי שמתקבל הוא של זהב ספוגי (ננו-פורוזיבי) קלאסי עם שכבה של ננו-מחטים הגדלות מתוכו. תהליך גידול המחטים מתרחש במקביל לתהליך הפרדת הסגסוגת הקלאסית של הכסף מהמערכת, ומתאפשר רק כאשר צפיפות הנקעים בחומר מגיעה לערך קריטי המוצג במודל הקינטי שפותח במאמר.

המודל המוצג במאמר מספק מסלול אפשרי לגידול של קומפלקסים אי-אורגניים חד-ממדיים (1D), תוך שליטה אפשרית בכיוון הגידול, בצורה ובמורפולוגיה של הגביש, בהתאם למערכות ההחלקה של הסגסוגת המקורית. כאמור, להישג מדעי וטכנולוגי זה יישומים פוטנציאליים רבים. המחקר נתמך במענק ERC מטעם הנציבות האירופית למחקר (European Union’s Horizon 2020).

קישור לאתר הקבוצה – pokroylab.net.technion.ac.il

למאמר בכתב העת PNAS לחצו כאן

איור סכמטי המתאר נוקליאציה וגידול חד-ממדי של ננו מחטי זהב-ציאניד לאורך נקע בסגסוגת המקורית במהלך תהליך הפרדת הסגסוגת הקלאסי