אלקטרוניקה חדשה בוקעת ממעבדות ה-Nanotechnology
24 אפריל, 2013
פרופ' אי-צ'יי מאוניברסיטת סטאנפורד חשף כמה מחקרים בחומרים ננוטכנולוגיים שעשויים לשנות את פני תעשיית האלקטרוניקה בשנים הבאות
מעבדת ה-Nanotechnology לחקר חומרים בסטאנפורד מפתחת סוללות חשמליות, קבלים ונורות-לד מבוססי ננו-צינוריות פחמן
חברת Amrius מארצות הברית החלה לספק דגימות ראשונות של סוללת ליתיום יון חדשנית, אשר מבוססת על שימוש בחומרים מבוססי Nanotechnology המכפילים פי ארבעה את קיבולת המטען של סוללות ליתיום יון. כך גילה בשבוע שעבר אחד ממייסדי החברה וחוקר במחלקה לחקר חומרים והנדסה באוניברסיטת סטאנפורד, אי-צ'יי.
הוא סירב למסור מי הלקוחות של החברה, אולם במצגת של מנכ"ל החברה מחודש מאי 2012 נמסר שהפרוייקט מתבצע בשיתוף עם החברות Nissan, BASF ו-Yardney Technical Products.
במהלך מיפגש עם עיתונאים בשבוע שעבר בקליפורניה (Electronics Global Press Summit), הסביר צ'יי שחומרים ננומטריים, המבוססים על מבנים זעירים בגודל של מיליארדית המטר, הם בעלי תכונות מיוחדות אשר משנות מושגים מקובלים בעולם האלקטרוניקה. אבן הבניין המרכזית ברוב החומרים הננומטריים היא צינוריות זעירות (Nanotubes) עשויות מחומרים שונים, כאשר החומר הנפוץ ביותר הוא פחמן.
ה"טרנזיסטור" הוא צינורית זעירה
הננו-צינוריות מאופיינות בתכונות רבות: הן נצמדות בחוזקה אל פני השטח (בזכות מטענים אלקטרו-סטטיים), נהנות מחוזק עצום ומגמישות, הן מגיבות ברגישות לטמפרטורה ולמטענים חשמליים, ויכולות להיטען במטענים חשמליים ופרוק אותם. ניתן גם להדביק אליהן בקלות חומרים נוספים. ננו-צינוריות היו הבסיס לטכנולוגיית הסוללה שחברת Amprius מפתחת על-בסיס המחקרים של צ'יי.
בדרך-כלל סוללות ליתיום מבוססות על אנודה (קוטב חיובי) עשויה משריג פחמן שעליו מצויים אטומי ליתיום. הזרם החשמלי נוצר כאשר יוני ליתיום עוברים מהאנודה אל הקתודה דרך תווך של אלקטרוליט. בשלב הטענת הסוללה מתקיים תהליך הפוך.
6,000 מחזורי טעינה ופריקה
המחקר בסטאנפורד גילה שאחד מהחסרונות של סוללת הליתיום נעוצה בשריג הפחמני, המגביל את ההספק שניתן לאגור בסוללה. במקומו הם פיתחו שרג המבוסס על שכבת מצע שעליה מצויות מלמיוני ננוצינוריות שבקצה כ אחת מהן מצויים כמה אטומי ליתיום. התברר שמבנה זה אוגר מטען חשמלי גדול פי ארבעה מסוללות ליתיום רגילות, ומאפשר להן לבצע 6,000 הטענות מחדש, בהשוואה לתקן התעשייתי המקובל היום, המסתפק ב-500 הטענות בלבד.
בעקבות התגלית הוקמה חברת Amprius, אשר גייסה עד היום 31 מיליון דולר, ומתכננת להוציא לשוק עד סוף 2013 סדרה של אנודות ננוטכנולוגיות עבור יצרני סוללות ליתיום. מדובר בהחלטה מעניינת: אם החברה היתה מחליטה להקים מפעל לייצור סוללות, היא היתה צריכה להשקיע מאות מיליוני דולרים בהקמת התשתית. במקום זה, היא מנסה למצב את עצמה כספקית רכיבים מתוחכמים לשוק הסוללות החשמליות.
מחקרים אחרונים שבוצעו במעבדה בסטאנפורד מאפשרים להגדיר מחדש רכיבים אלקטרוניים נוספים. דיו הכולל תמיסה רוויה בננו-צינוריות פחמן משמש כמוליך חשמלי שניתן להדפיס אותו על-גבי מצעים שונים. החוקרים במעבדה ייצרו קבלי-על בעלי יכולת אגירת אנרגיה רבה, על-ידי הדפסת הדיו על שני משטחי נייר והצמדתם זה אל זה.
ניסוי נוסף שבוצע במעבדה עשוי לשנות את פניהם של צגי המגע העתידיים. החוקרים בהנחייתו של צ'יי פיתחו אלקטרודה שקופה המבוססת על בניית שריג סיליקון דק במרווחים של פחות מ-100 ננומטרים. על-פני השריד הונחו ננו-צינוריות מוליכות. התוצאה היא רשת צפופה מאוד ומוליכה חשמילת, אולם שקופה לחלוטין. צ'יי: "בטכנולוגיה הזו אפשר לצפות חומרים שונים מאוד. אם נחשוב על צגי-מגע, ניתן יהיה לייצר צגים המבוססים על הולכה חשמלית, שהם הרבה יותר רגישים מהצגים המקובלים היום בתעשייה, המבוססים על קיבוליות".
אחד מהמחקרים המרתקים ביותר קשור דווקא לטיהור מים. החוקרים בנו שתי מבנים שריגיים תלת-מימדיים במרווחים קטנים מאוד. כאשר הם מושקעים בתוך מים, ומחברים אליהם מתח חשמלי, המים מאולצים לעבור דרך השריגים. מולקולת המים הקטניות עוברות בקלות, אולם החיידקים הגדולים יותר נתקעים בתוך השריג ומומתים בלחץ המתח החשמלי המצמיד אותם בכוח למבנים הננומטריים….
כתבות נוספות העשויות לעניין אותך
