נייר באקי
נייר באקי הוא צבר מקרוסקופי של ננו-צינורות פחמן (CNT), היוצרות יריעה דקה, חזקה וקלת משקל, אשר ניתן להקנות לה תכונות ייחודיות של הולכה תרמית וחשמלית.
השם נייר באקי, הוא על שמו של האדריכל באקמינסטר פולר, אשר בנה את הכיפה הגאודזית, שלימים נמצא גם זהה למבנה הפחמן C60. מבנה זה מהווה את אבן הבנייה הבסיסי של CNT ונייר הבאקי. נייר באקי הוא יריעה משטחית דקה, העשויה מצבר של ננו-צינוריות פחמן CNT בעובי של 1:50,000 משערה אנושית.
תכונות
בתחילה, שימושו של נייר הבאקי היה אמצעי לניוד CNT. כיום, נמצא נייר הבאקי במוקד הפיתוח של מספר תחומי מחקר ושימושים בשל תכונותיו:
- נוח לעבודה
- חזק במיוחד
- דק מאד – 10-30µm
- קל משקל – 0.0215 kg/m²
- הולכת חשמל טובה כנחושת
- הולכת חום טובה כיהלום
תהליכי ייצור
שיטה ראשונה: מערבבים ננו צינוריות עם ממיסים כמו Sodium lauryl sulfate ומסננים בעזרת לחץ חיובי או שלילי עד לקבלת יריעה דקה. ננו צינוריות מתחברות אחת לשנייה בעזרת כוחות ואן-דר-ולס. הכוח שבאופן כללי חלש למדי בשל שטח פנים ענק הופך להיות משמעותי מאוד. ניתן לשלוט בעובי של הנייר בעזרת המסה של ננוצינוריות בתמיסה. בדרך זאת אפשר לקבל עוביים בין 120 ל – 650 מיקרון. נייר באקי בעובי יותר מ – 500 מיקרון נקראה דיסק באקי. בשיטה זו מקבלים אנטרופיה גבוהה אשר משפיעה על תכונות של נייר הבאקי כגון: מוליכות חום, חשמל ותכונות מכניות.
שיטה שנייה נקראת שיטת "דומינו": בשלב ראשון מגדלים על מצע סיליקון "יער" של צינוריות פחמן מסוג- MWNT) Multi-Walled Nanotube ) בעלות שכבות רבות - צינורית בתוך צינורית, וכן הלאה, למספר שכבות. גובה של הננוצינוריות בדרך כלל כ – 100 מיקרון.
בשלב שני מניחים ממברנה מלמעלה ובעזרת "מערוך" משטחים MWNT, כך שהם נופלים כקוביות דומינו ונדבקים לממברנה.
בשלב שלישי מפרידים את הממברנה מנייר הבאקי על ידי המסתה במתאנול.
בשיטה ה"דומינו" מקבלים ננוצינוריות מסודרות יחסית לכיוון אחד וכתוצאה מכך מקבלים תכונות תרמיות וחשמליות משופרות בכיוון ההשטחה.
יישומים ויתרונות
החומר הקל, החזק והקשיח שפותח מבטיח רבות עבור מגוון רחב של יישומים כמו בתעשיית החלל והתעשייה הביטחונית כגון בייצור אפוד מגן ו"שריון" אישי לחיילי חילות הרגלים או לכלי רכב. היות שנייר הבאקי קל ומוליך חשמל הוא מהווה מועמד מועדף בבניית הדור הבא של צגי מחשב שטוחים וגמישים. בשל תכונות של הולכה חשמלית נייר הבאקי ניתן לשימוש בישומים הדורשים חסינות אלקטרומגנטית - מיסוך מקרינה והגנה בפני ברקים. תכונות של הולכה תרמית של נייר הבאקי מאפשרות לנצלו למען הולכת חום בקרת חום, וסילוק חום באופן יעיל יותר מגרפית וליישמו בסילוק חום במכשירים כגון מחשבים נישאים. תכונותיו החשמליות ניתנות לניצול עבור אלקטרודות תאי דלק, קבלי-על וסוללות. יחס משקל לחוזק המיוחדים של נייר הבאקי מאפשר שימוש לצורכי בניית מבנים בעלי חוזק-על המהווה תחליף מצוין למשטחים מתכתיים בכלי רכב וכלי טיס. תכונות המבנה המכני קטן הממדים של נייר באקי מאפשרים יישום בתחום טיהור מים בשימוש כפילטרים.
חסרונות
- עדיין לא ידועה ההשפעה האקולוגית של הייצור והשימוש של נייר הבאקי
- עלות ייצור גבוהה
- משך תהליך היצור - ארוך
