ננו-מדע חוקר את קנה המידה האולטרה-קטן, תוך התממשקות עם דיסציפלינות מדעיות מרובות כדי לטפח חידושים בטכנולוגיה, אנרגיה ורפואה. על ידי מניפולציה של אטומים ומולקולות, הוא מבטיח מגוון עצום של יישומים, מטכנולוגיות ירוקות ועד לטיפולים בהפרעות מוחיות. קרדיט: twoday.co.il.com
מה זה מדע ננו?
מדע הננו הוא המדע של הקטנים להפליא – גדלים שרק המיקרוסקופים ההיי-טקיים ביותר יכולים לראות. זהו אחד הנושאים החמים ביותר בכל המדע, הנוגע לפיזיקה, ביולוגיה, כימיה, גיאולוגיה ומדע והנדסת חומרים. על ידי עבודה בעולם האולטרה-סמול, מדענים מביאים דברים חדשים וגדולים לעולם שלנו. מדובר בטכנולוגיות ירוקות חדשות, טיפולים במחלות שונות, טכנולוגיות אנרגיה ועוד.
המונח "ננו" פירושו מיליארדית ממשהו. ה"ננו" במדעי הננו מתייחס לננומטר, מיליארדית המטר (1 מטר = 3.3 רגל). כמה זה קטן?
בסרטון זה של Science 101: What is Nanoscience, עוזר המדען Jie Xu מסביר מהו ננו-מדע, וכיצד הוא מיושם במרכז Argonne's for Nanoscale Materials (CNM), משרד האנרגיה של משרד האנרגיה של מתקן משתמש המדע. מדע הננו הוא המדע של הקטנים להפליא – גדלים שרק מיקרוסקופי ההייטק המתוחכמים ביותר יכולים לראות. זהו אחד הנושאים החמים ביותר בכל המדע. מדי שנה, מאות רבות של מדענים נוסעים ל-CNM מרחבי העולם כדי לחקור את תכונות החומרים בקנה מידה של אטומים ומולקולות. על ידי קידום ההבנה שלנו לגבי מבנה החומר בקנה מידה זה, מדענים של ארגון כמו שו ורבים אחרים מקבלים הבנה עמוקה יותר של תכונות ב- ננומטרי וכיצד ניתן להשתמש בהם בפועל. חמושים בידע הזה, הם מעצבים ובונים את הדור הבא של חומרים. אלה מובילים לטכנולוגיות ירוקות בר קיימא, ייצור המוני יעיל יותר, תרופות חדשות, טיפול חדשני בהפרעות מוחיות כמו אלצהיימר ופרקינסון, חומרי סוללה משופרים, מכשירים אלקטרוניים טובים יותר ועוד.
בואו נעמיד פנים שאתם בעולם של אליס בארץ הפלאות ונתקל בשיקוי קסם בבקבוק שסומן DRINK ME. אתה לוקח לגימה אחת ומתכווץ פי 1500. כעת אתה בגודל מילימטר, גובה של טיפת גשם קטנה. סקרן, אתה לוקח לגימה נוספת משיקוי הקסם ומתכווץ בפקטור של אלף. בהיותך בגודל של מיקרומטר עכשיו, אתה בערך בגודל של החיידקים שמרחפים בטיפת גשם. אתה לוקח עוד לגימה ומכווץ עוד גורם של אלף. לאחר שהגעת לגודל ננומטר, אתה גדול רק פי שלושה ממולקולת מים בודדת, המורכבת משני אטומי מימן וחמצן אחד. בטיפת גשם בודדת, יש יותר מסקסטיליון מולקולות מים. סקסטיליון הוא מספר אחד ואחריו עשרים ואחד אפסים!
המדע בקנה מידה אולטרה קטן זה קוצר יתרונות רבים עבור החברה מכיוון שכל החומרים עשויים מאטומים ומולקולות. ואותם אטומים ומולקולות המשולבים בדרכים שונות יכולים להניב שפע אינסופי של תכונות. ניתן לגרום להם להיות רכים יותר או חזקים יותר, מוליכים חום או חשמל טוב יותר, מחזירים אור בצורה שונה וכו'.
במעבדה הלאומית של Argonne, המרכז לחומרים ננומטריים (CNM) הוא אחד מחמישה מרכזים של משרד האנרגיה בארה"ב לננו-מדע וטכנולוגיה.
על ידי קידום ההבנה שלנו לגבי חומרים, מולקולות ותהליכים כימיים בקנה מידה זה, מדענים במרכזים אלה מקבלים הבנה עמוקה יותר כיצד נוצרות תכונות שניתן להשתמש בהן. חמושים בידע הזה, הם מתכננים ובונים את הדור הבא של חומרים ומולקולות. אלה מובילים לטכנולוגיות ירוקות בר-קיימא, ייצור המוני יעיל יותר, תרופות חדשות, טיפול בהפרעות מוחיות כמו אלצהיימר ופרקינסון, חומרי סוללה משופרים, מכשירי חישה ומידע קוונטי חדשים ועוד.
קרדיט: Argonne National Laboratory
מה הם ננוסטרוקטורות?
מבנים שרק המיקרוסקופים הכי טכנולוגיים יכולים לראות.
למבנים ננו יש מימד אחד או יותר קטן פי מאה אלף מעובי שערה אנושית ולא גדול בהרבה מזהב אָטוֹם או מולקולת מים. ישנם אינספור סוגים של ננו-מבנים. ההתעניינות בהם התפוצצה עם גילוי כדורי בקי בשנות ה-80, ואחריהם שני מבנים קשורים.
- בוקיבול הוא נקרא על שם האדריכל באקמינסטר פולר, והוא מורכב משישים אטומי פחמן המחוברים בצורת כדור כדורגל. הסינתזה שלו הובילה להמצאת ננו-צינורות פחמן ו גרפן.
- גרפן ננו-חומר זה הוא יריעה שטוחה של אטומי פחמן בעובי של פחות מננומטר. למרות דקותו במיוחד, הגרפן חזק פי 200 מפלדה.
- ננו-צינורית פחמן מדענים יכולים לגלגל גרפן ליצירת ננו-צינורות. צורה זו אטרקטיבית עבור יישומים רבים, כגון יצירת סיבים ובדים חזקים במיוחד. זה יכול לשמש גם כתוסף לחיזוק כלי תעופה וחלל.
