Return to Video

על הגְרָפֶן באופן גורף - שו-אן זו - TEDxדלפט

  • 0:15 - 0:21
    חומרי נאנו ומבני נאנו
    קיימים בכל עולמנו הטבעי.
  • 0:21 - 0:24
    ראו את כנף השפירית.
  • 0:24 - 0:28
    אם נבצע תקריב
    של פי 100,000
  • 0:28 - 0:31
    ונביט בקרומית השקופה,
  • 0:31 - 0:34
    נראה את מבני הנאנו
  • 0:34 - 0:38
    שחומקים מעין בלתי-מזוינת.
  • 0:38 - 0:40
    הגרפן שקוף.
  • 0:43 - 0:46
    הנה דגם מולקולרי של הגרפן.
  • 0:46 - 0:52
    כדי שיהיה אפשר לראותו,
    הוא הוגדל פי יותר מ-280 מיליון.
  • 0:53 - 0:56
    הגרפן מורכב ממרכיב אחד ויחיד:
  • 0:58 - 0:59
    פחמן.
  • 1:00 - 1:01
    הוא עד כדי כך פשוט.
  • 1:01 - 1:06
    אבל לגרפן יש הרבה תכונות מיוחדות.
  • 1:06 - 1:12
    זהו הדק מכל החומרים.
    עוביו אטום אחד בלבד.
  • 1:12 - 1:16
    זהו החומר החזק ביותר
    שנמדד אי-פעם.
  • 1:16 - 1:20
    הקשר הפנימי של אטומי הפחמן
    חזק יותר
  • 1:20 - 1:23
    מהקשר הפחמני בן 4 הפאות
    של היהלום.
  • 1:24 - 1:28
    בה-בעת, הוא גמיש ומתיח.
  • 1:29 - 1:35
    את הגרפן אפשר לכופף לגמרי
    ולמתוח בשיעור של עד 20%.
  • 1:35 - 1:41
    יש לו המוליכות התרמית הגבוהה
    מכל החומרים, כולל נחושת.
  • 1:41 - 1:46
    הוא מסוגל לעמוד בדחיסות הזרם
    הגבוהה ביותר בטמפרטורת החדר,
  • 1:47 - 1:50
    יש לו הניידות הפנימית
    הגבוהה ביותר,
  • 1:50 - 1:54
    שהיא פי 100 יותר
    מזו של צורן,
  • 1:54 - 1:58
    זהו החומר הבלתי-חדיר ביותר,
  • 1:58 - 2:03
    אפילו אטומי ההליום הקטנים ביותר
    אינם יכולים לעבור דרכו.
  • 2:04 - 2:07
    הגרפן עתיד לשנות את העולם.
  • 2:07 - 2:12
    תהיה לבטח חברה נבונה
    ושונה לחלוטין
  • 2:12 - 2:14
    בתוך 10 עד 20 שנה.
  • 2:14 - 2:18
    הבה נחשוב מעט על העתיד.
  • 2:19 - 2:23
    תארו לעצמכם
    שכל חלונות הזכוכית השקופים
  • 2:23 - 2:27
    יוכלו לחולל חשמל ברציפות
    באור השמש
  • 2:28 - 2:31
    ולספק אנרגיה לכל הבניינים.
  • 2:32 - 2:36
    דמיינו שכל כלי הרכב החשמליים
    והמכשירים האלקטרוניים
  • 2:36 - 2:41
    יוכלו להיטען תוך 10 דקות
    ולפעול במשך מספר ימים.
  • 2:42 - 2:47
    תארו לעצמכם התפלה של מי-ים
    בעזרת מכשיר-כיס
  • 2:47 - 2:51
    שיהפוך אותם למי-שתיה
    בכל מקום שתהיו בו.
  • 2:51 - 2:58
    תארו לעצמכם מכשירים אלקטרוניים
    משולבים בבגדינו,
  • 2:58 - 3:01
    וחלקם - אפילו מושתלים מתחת לעור.
  • 3:02 - 3:06
    דמיינו חומרים מרוכבים קלים
  • 3:06 - 3:08
    חזקים יותר מאי-פעם
  • 3:08 - 3:12
    ומשמשים כחומר המבנה העיקרי
  • 3:12 - 3:16
    של ספינות, כלי-רכב ומטוסים.
  • 3:17 - 3:22
    דמיינו שבבים אלקטרוניים
    שיכולים לבצע פעולות חישוב
  • 3:22 - 3:24
    פי אלף מהר יותר
  • 3:24 - 3:28
    בעזרת פלזמה, במקום אלקטרונים.
  • 3:28 - 3:33
    חלומות אלה יתגשמו יום אחד
    ויחוללו מהפכה בחברה שלנו,
  • 3:34 - 3:37
    ואני מאמין שזה יקרה
    עוד בימי חיינו,
  • 3:37 - 3:41
    הודות לחקר חומר הנאנו
    החדש הזה.
  • 3:41 - 3:45
    אבל הפקת גרפן היא בעיה רצינית.
  • 3:46 - 3:50
    למרות שכבר ידוע
    שהגרפן קיים בגרפיט,
  • 3:50 - 3:53
    רוב המדענים האמינו
    שיהיה בלתי-אפשרי
  • 3:53 - 3:56
    לבודד ממנו גרפן יציב.
  • 3:56 - 4:00
    בשנות ה-30 של המאה ה-20,
    לנדאו ופירלס חזו
  • 4:00 - 4:05
    שגבישים דו-מימדיים יהיו
    בלתי-יציבים מבחינה תרמודינמית
  • 4:05 - 4:07
    ולכן לא יוכלו להתקיים.
  • 4:07 - 4:12
    30 שנה לאחר מכן,
    מרמין הוסיף את התוצאות האנליטיות
  • 4:12 - 4:16
    שאיששו במלואה הנחה זו -
  • 4:16 - 4:19
    עד 2004, כששני מדענים,
  • 4:19 - 4:22
    אנדרה גיים וקוסטיה נובוסלוב,
  • 4:22 - 4:25
    השתמשו בסרט דביק שקוף
    כדי להפיק גרפן.
  • 4:25 - 4:30
    בכך שהצמידו סרט דביק
    מספר פעמים לשבבי גרפיט
  • 4:30 - 4:33
    ובכל פעם קילפו שכבה,
  • 4:35 - 4:39
    הגרפיט הלך ונעשה דק.
  • 4:39 - 4:43
    למרות שברוב האזורים היו
    שבבי גרפיט דקים,
  • 4:43 - 4:48
    הרי שהם הצליחו לבודד לבסוף
    כמה פיסות קטנות של גרפן חד-שכבתי.
  • 4:49 - 4:53
    מאז, אלפי מדענים פתחו במחקר
  • 4:53 - 4:57
    על יסוד פיסה זעירה זו
    של גרפן חד-שכבתי
  • 4:57 - 5:00
    בעזרת שיטת הסרט הדביק.
  • 5:00 - 5:04
    התוכלו להאמין שפרס נובל לפיזיקה
    לשנת 2010,
  • 5:04 - 5:06
    הוענק לשני מדענים אלה
  • 5:06 - 5:11
    על הניסוי פורץ-הדרך שלהם
    בסרט דביק? (צחוק)
  • 5:11 - 5:14
    ברור שזאת אינה דרך מעשית
  • 5:14 - 5:18
    להפיק גרפן ולייצר מוצרים שימושיים
    בהיקף נרחב.
  • 5:18 - 5:22
    כיום, טונות שבבים זעירים
    של גרפן רב-שכבתי,
  • 5:22 - 5:25
    ממש כך, שבבי גרפן דקים,
  • 5:25 - 5:30
    ניתנים לייצור בעזרת שיטת
    הקילוף הכימי.
  • 5:30 - 5:33
    אפשר לערבב אותם לתערובת
    יציקת מחבטי טניס או צמיגי אופניים
  • 5:33 - 5:38
    כדי לשפר את החוזק
    ולהקטין את המשקל הכולל.
  • 5:38 - 5:41
    אך החומר שמופק הוא שחור,
  • 5:41 - 5:46
    וזה לא תואם לתכונת השקיפות
    של הגרפן.
  • 5:46 - 5:51
    אם הצבע שחור, משמע
    שהשבבים עבים מדי.
  • 5:52 - 5:55
    בה-בעת, השבבים קטנים מדי
  • 5:55 - 5:59
    מכדי שיוכלו לבצע
    את הדברים הנהדרים שציינתי.
  • 6:00 - 6:04
    כחוקר נסיוני שחוקר את הגרפן,
  • 6:04 - 6:08
    הייתי זקוק לשטח גדול
    של גרפן חד-שכבתי
  • 6:08 - 6:10
    עבור הניסויים שלי.
  • 6:10 - 6:13
    אבל לא הצלחתי למצוא
    שום קבוצת מחקר
  • 6:13 - 6:17
    שתוכל לספק לי
    את הגרפן באיכות הגבוהה,
  • 6:17 - 6:19
    בהולנד, באותה עת.
  • 6:19 - 6:24
    נסעתי מידי יום הלוך ושוב
    בין אוניברסיטאות ליידן ודלפט
  • 6:24 - 6:30
    והתחבטתי בבעיה, איך לגדל
    דגימות גדולות של גרפן.
  • 6:31 - 6:33
    המתקנים הקיימים
  • 6:33 - 6:37
    לא איפשרו לי לבודד
    גרפן באיכות גבוהה,
  • 6:37 - 6:42
    בין אם משום שבציוד היתה
    בקרה גסה מאד של זרימת הגז,
  • 6:42 - 6:45
    או משום שאזור החימום
    היה קטן מדי,
  • 6:45 - 6:49
    מכדי לגדל דגימות גרפן גדולות.
  • 6:49 - 6:52
    אפילו עוצמת התנור
    לא היתה מספקת
  • 6:52 - 6:55
    כדי להגיע ל-1,000 מעלות צלזיוס.
  • 6:56 - 7:00
    יום אחר יום התעוררתי ב-6 בבוקר,
  • 7:00 - 7:02
    וחזרתי הבית בחצות.
  • 7:02 - 7:06
    ניסיתי את כל האפשרויות
    שעלו בדעתי.
  • 7:06 - 7:12
    אבל מנת-חלקי היתה רק
    תסכול והישנות של הבעיות.
  • 7:12 - 7:15
    חשבתי: "אם אמשיך כך,
  • 7:15 - 7:18
    "לעולם לא אסיים
    את מחקר הדוקטורט שלי."
  • 7:19 - 7:22
    כעבור 4 חודשים,
    החלטתי להפסיק לבזבז זמן
  • 7:22 - 7:25
    ולבנות בעצמי כבשן.
  • 7:25 - 7:28
    הודות למנחה שלי ולפקולטה,
  • 7:28 - 7:31
    קיבלתי תקציב נוסף עבור הציוד.
  • 7:31 - 7:35
    באותה עת גם זכיתי
    בפרס "הרעיון הפרוע לצעירים",
  • 7:35 - 7:38
    בשווי 10,000 יורו,
  • 7:38 - 7:43
    מה שאיפשר לי להוציא בחופשיות
    את הכסף על החומר.
  • 7:46 - 7:53
    אני עדיין זוכר את אותו רגע,
    ביום שלישי, ה-17.4.2012.
  • 7:53 - 7:56
    אחרי שנה שלמה
    של ימי עבודה ארוכים,
  • 7:56 - 8:00
    התחלתי בבדיקה הראשונה
    של המערכת שבניתי בעצמי
  • 8:00 - 8:03
    משאבת הריק שלקחתי
    ממקום כלשהו במעבדה
  • 8:03 - 8:09
    היתה בת יותר מ-8 שנים
    ועבדה כבר מעל 29,000 שעות.
  • 8:10 - 8:13
    לא רק זה, אלא שהמשאבה
    היתה מפסיקה לפעול
  • 8:13 - 8:18
    ברגע שהטמפרטורה היתה עוברת
    את ה-40 מעלות צלזיוס.
  • 8:19 - 8:23
    אז קניתי מאוורר קטן ב-30 יורו,
  • 8:23 - 8:27
    שהצליח לקרר היטב את המשאבה.
  • 8:29 - 8:33
    זה הכבשן שבניתי.
  • 8:35 - 8:39
    אסביר את היתרונות
    של המערכת הביתית הזאת.
  • 8:39 - 8:42
    הכבשן הזה מסוגל לחמם את
    שפופרת הקוורץ בת ה-1 אינץ' הזאת
  • 8:42 - 8:45
    ליותר מ-1,000 מעלות צלזיוס
  • 8:45 - 8:50
    עם תנודת טמפרטורה
    של פחות ממעלת צלזיוס אחת.
  • 8:51 - 8:56
    יש כיסוי חסין-ירי שקוף
    עשוי לקסאן,
  • 8:56 - 9:00
    שיכול להגן מפני
    התפוצצות גז אפשרית
  • 9:00 - 9:04
    ולשמור על בטיחותו של החוקר.
  • 9:04 - 9:09
    יש גלגל-יד קטן לשליטה מרחוק
    בהזזת הכבשן
  • 9:10 - 9:11
    שמאלה
  • 9:12 - 9:14
    וימינה,
  • 9:14 - 9:18
    בעזרת גלגל-שיניים ושרשרת,
  • 9:18 - 9:21
    כמו אלה שבאופניים.
  • 9:21 - 9:26
    בעזרת המערך הזה יכולתי
    לחמם ולצנן את הדגימה
  • 9:26 - 9:30
    פי 10 מהר יותר
    מאשר בכל ציוד מסחרי.
  • 9:30 - 9:37
    עלות המערכת הזאת
    נמוכה מ-20,000 יורו,
  • 9:37 - 9:42
    זולה ביותר מפי 7
    מכל ציוד מסחרי קיים.
  • 9:43 - 9:47
    ניתן למטב את כל הרכיבים
    ולשלוט בהם היטב.
  • 9:47 - 9:51
    הביצועים שלהם טובים בהרבה.
  • 9:51 - 9:55
    נהניתי מניהול הניסוי
    בעזרת המערכת שבניתי.
  • 9:55 - 9:58
    זהו הגרפן שגידלתי.
  • 9:58 - 10:02
    גבישי הגרפן גדלים
    כמו גבישי שלג.
  • 10:02 - 10:04
    גז מתאן,
  • 10:05 - 10:10
    שמהווה כ-80% מהגז הטבעי
    המשמש לבישול,
  • 10:11 - 10:14
    יכול להתפרק לאטומי פחמן
  • 10:17 - 10:20
    על גבי מצע נחושת
  • 10:23 - 10:28
    ב-1,000 מעלות צלזיוס
    בסביבת גז אציל.
  • 10:33 - 10:36
    אטומי הפחמן ייצמדו זה לזה
  • 10:36 - 10:40
    וייצרו טבעות פחמן
    במבנה של כוורת,
  • 10:40 - 10:42
    כמו שיש בגרפיט.
  • 10:43 - 10:47
    אני יכול להשתמש באיזוטופ של פחמן
    לסימון נוהל הגידול.
  • 10:48 - 10:53
    התוכלו לדמיין שגודלו
    של גביש גרפן בודד
  • 10:53 - 10:56
    הוא מעט יותר ממילימטרים ספורים,
  • 10:56 - 11:03
    גדול יותר מפי מיליון
    מגודל אטום הפחמן?
  • 11:07 - 11:12
    האם תאמינו שדגימה זו נוצרה
    לפני 6 חודשים,
  • 11:13 - 11:19
    ושכבת הגרפן הבודדת עודנה מסוגלת
    להגן על הנחושת מפני התחמצנות?
  • 11:20 - 11:24
    גבישי הגרפן ממשיכים לגדול,
  • 11:24 - 11:27
    מתחברים עם גבישי הגרפן הסמוכים,
  • 11:27 - 11:30
    ובסופו של דבר יוצרים
    יריעה רציפה.
  • 11:31 - 11:33
    ברגע שאין עוד נחושת חשופה,
  • 11:33 - 11:36
    גידול הגרפן ייעצר.
  • 11:37 - 11:42
    בסיום, תהיה לנו שכבת גרפן
    חד-שכבתי ואיכותי ביותר.
  • 11:43 - 11:46
    עמיתי ואני הוכחנו לראשונה
  • 11:46 - 11:49
    שאיכות הגרפן המלאכותי
  • 11:49 - 11:53
    טובה כמו זו שהופקה
    בשיטת הסרט הדביק,
  • 11:53 - 11:57
    אבל הגודל רב יותר.
  • 11:58 - 12:03
    לייצור המוני של גרפן
    ולהורדה משמעותית של העלות,
  • 12:03 - 12:08
    תוכנן ונבנה
    כבשן גדול וטוב יותר.
  • 12:09 - 12:11
    הכבשן מצויד בשפופרת קוורץ
    גדולה יותר,
  • 12:11 - 12:16
    והכבשן ישמור תמיד
    על טמפרטורה קבועה.
  • 12:16 - 12:18
    מעת שגידול הגרפן הסתיים,
  • 12:18 - 12:24
    הייתי צריך רק להזיז את הכבשן
    הרחק מן השפופרת
  • 12:24 - 12:26
    ולהוציא את דגימת הגרפן.
  • 12:26 - 12:31
    יכולתי מיד להתחיל בשלב השני
    של מחזור גידול הגרפן.
  • 12:32 - 12:34
    את יעילותו של גידול גרפן באיכות גבוהה
  • 12:34 - 12:37
    ניתן לשפר פי 10 עד 20
  • 12:37 - 12:41
    וצריכת האנרגיה תרד בהרבה.
  • 12:41 - 12:44
    אם נבנה מאות כבשנים גדולים יותר,
  • 12:44 - 12:48
    יתאפשר במהרה ייצור המוני
    של גרפן.
  • 12:51 - 12:56
    זאת שכבת גרפן על מצע שקוף.
  • 12:58 - 13:01
    אני מסוגל לראות דרכה
    את כולכם.
  • 13:05 - 13:07
    אבל יש בה משהו מיוחד.
  • 13:20 - 13:22
    היא מוליכה
  • 13:25 - 13:27
    וגמישה.
  • 13:30 - 13:36
    (מחיאות כפיים)
  • 13:40 - 13:46
    כעת אתם יכולים לדמיין
    כל מיני יישומים עתידיים לגרפן הזה.
  • 13:51 - 13:54
    לפי שעה, מחיר פיסת הגרפן
    הקטנה הזאת
  • 13:54 - 13:57
    הוא כ-1,000 יורו.
  • 13:58 - 14:03
    אני מאמין שמחיר הגרפן יירד
    לפחות מ-1 יורו
  • 14:03 - 14:05
    תוך שנים ספורות,
  • 14:05 - 14:09
    כי החומרים בהם אנו משתמשים
    להפקת גרפן,
  • 14:09 - 14:11
    כגון...
  • 14:12 - 14:15
    גז טבעי ורדיד נחושת,
  • 14:16 - 14:18
    נפוצים מאד.
  • 14:19 - 14:23
    לכולנו תהיה גישה לגרפן
    בעתיד הקרוב,
  • 14:23 - 14:25
    ונוכל להגשים את החלום.
  • 14:25 - 14:30
    זיכרו: אמרתי לכם שעולמנו
    יהיה טוב יותר.
  • 14:30 - 14:34
    בינתיים אינני יכול להראות לכם
    חלונות זכוכית שקופים
  • 14:34 - 14:36
    שיפיקו חשמל,
  • 14:36 - 14:41
    ואינני יכול להראות לכם
    את האלקטרוניקה שבבגדי,
  • 14:41 - 14:46
    אבל אני יכול להראות לכם משהו
    שטרם ראיתם.
  • 14:47 - 14:53
    זהו גרפן שקוף שהודפס במבני תיל
  • 14:54 - 14:58
    בכנף הפולימרית השקופה הזאת.
  • 14:58 - 15:02
    הגרפן כה מיוחד,
  • 15:02 - 15:06
    שברגע שמפעילים עליו
    כמות אנרגיה זעירה, הוא מתכווץ.
  • 15:06 - 15:10
    והגרפן כה חזק,
    שהוא מסוגל להרים
  • 15:10 - 15:14
    את הכנף הפולימרית,
    שכבדה ממנו פי אלף,
  • 15:14 - 15:18
    ולחקות פעולת נפנוף כנפיים,
    כמו רובוט ביולוגי.
  • 15:24 - 15:28
    ראו מה עשיתי וכמה השגתי
    בשנים המועטות הללו.
  • 15:30 - 15:32
    אם כולכם תקחו חלק במאמץ שלי,
  • 15:32 - 15:36
    להפיק גרפן באיכות גבוהה
    ובהיקף רחב,
  • 15:36 - 15:40
    אני מאמין שנוכל ביחד
    להגשים את חלומנו.
  • 15:40 - 15:41
    תודה לכם.
  • 15:41 - 15:44
    (מחיאות כפיים)
Title:
על הגְרָפֶן באופן גורף - שו-אן זו - TEDxדלפט
Description:

הרצאה זו ניתנה במסגרת ארוע TEDx מקומי, שהופק בנפרד מועידות TED.

לגרפן, מבנה ננומילימטרי, יש שימושים רבים. כשעבד על הדוקטורט שלו בחקר הגרפן באוניברסיטה הטכנית של דלפט, שו-אן זו פתח ביוזמה חדשה כשתיכנן ובנה מכונה שיכולה להפיק גרפן יש מאין בתקציב זעום.

בתרגום זה:
"פרס הרעיון הפרוע לצעירים" - the Young Wild Idea Prize
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TEDxTalks
Duration:
15:48

Hebrew subtitles

Revisions Compare revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.