כוונון שריפות: חומר ננומטרי מחוקרי מדינת NC מספק שליטה
תאריך פרסום:להבות בטמפרטורה גבוהה משמשות ליצירת מגוון רחב של חומרים - אבל ברגע שאתה מצית שריפה, זה יכול להיות קשה לשלוט כיצד הלהבה מקיימת אינטראקציה עם החומר שאתה מנסה לעבד. חוקרים פיתחו כעת טכניקה המשתמשת בשכבת הגנה דקה מולקולה כדי לשלוט כיצד החום של הלהבה מתקשר עם החומר - אילוף האש ומאפשר למשתמשים לכוונן עדין את מאפייני החומר המעובד.
"אש היא כלי הנדסי רב ערך - אחרי הכל, תנור פיצוץ הוא רק אש עזה", אומר מרטין תאו, מחבר מקביל של מאמר על העבודה ופרופסור למדעי החומרים והנדסה באוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט. "עם זאת, ברגע שאתה מצית שריפה, לעתים קרובות יש לך מעט שליטה על איך היא מתנהגת.
"הטכניקה שלנו, שאנו מכנים השפלה תרמית הפוכה (ITD), משתמשת בסרט דק בקנה מידה ננומטרי על חומר ממוקד. הסרט הדק משתנה בתגובה לחום האש, ומווסת את כמות החמצן שיכולה לגשת לחומר. זה אומר שאנחנו יכולים לשלוט בקצב התחממות החומר - אשר, בתורו, משפיע על התגובות הכימיות המתרחשות בתוך החומר. בעיקרון, אנחנו יכולים לכוונן איך ואיפה האש משנה את החומר".
הנה איך ITD עובד. אתה מתחיל עם חומר היעד שלך, כגון סיבי תאית. סיב זה מצופה אז בשכבה עבה ננומטר של מולקולות. הסיבים המצופים נחשפים לאחר מכן ללהבה עזה. המשטח החיצוני של המולקולות בוער בקלות, ומעלה את הטמפרטורה בסביבה הקרובה. אבל פני השטח הפנימיים של הציפוי המולקולרי משתנה כימית, ויוצרים שכבה דקה עוד יותר של זכוכית סביב סיבי התאית. זכוכית זו מגבילה את כמות החמצן שיכולה לגשת לסיבים, ומונעת מהתאית להתפרץ בלהבות. במקום זאת, הסיבים מרתיחים - בוערים לאט, מבפנים החוצה.
"ללא שכבת ההגנה של ה-ITD, החלת להבה על סיבי תאית רק תגרום לאפר", אומר Thuo. "עם שכבת ההגנה של ה-ITD, אתה מסיים עם צינורות פחמן.
"אנחנו יכולים להנדס את שכבת ההגנה על מנת לכוון את כמות החמצן שמגיעה לחומר המטרה. ואנחנו יכולים להנדס את חומר המטרה כדי לייצר מאפיינים רצויים."
החוקרים ערכו הדגמות הוכחה לקונספט עם סיבי תאית לייצור צינורות פחמן בקנה מידה מיקרו.
החוקרים יכלו לשלוט בעובי של דפנות צינור הפחמן על ידי שליטה בגודל סיבי התאית שאיתם התחילו; על ידי החדרת מלחים שונים לסיבים (ששולטת עוד יותר בקצב השריפה); ועל ידי שינוי כמות החמצן שעוברת בשכבת המגן.
"יש לנו כבר מספר יישומים בראש, אליהם נתייחס במחקרים עתידיים", אומר Thuo. "אנחנו פתוחים גם לעבוד עם המגזר הפרטי כדי לחקור שימושים מעשיים שונים, כמו פיתוח צינורות פחמן מהונדסים להפרדת שמן-מים - שיהיו שימושיים הן ליישומים תעשייתיים והן לשיקום סביבתי".
הנייר, "פירוליזה מכוונת מרחבית באמצעות תוספים משטחים המתחלפים תרמית", מתפרסם בכתב העת Angewandte Chemie. מחברים שותפים הם Dhanush Jamadgni ו-Alana Pauls, Ph.D. סטודנטים במדינת NC; ג'וליה צ'אנג ואנדרו מרטין, חוקרים פוסט-דוקטורט ב-NC State; צ'ואנשן דו, פול גרגורי, ריק דורן ואהרון רוסיני מאוניברסיטת איווה סטייט; ו-E. Johan Foster באוניברסיטת בריטיש קולומביה.
מקור המאמר המקורי: WRAL TechWire