תחומים:

בחר הכל

ASV

הנדסה

מערכות קוונטיות

תחבורה חכמה

רכב אוטונומי

קול קורא

מכונת הנשמה

COVID-19

מטא-חומרים...

הנדסת חשמל

הנדסה מכנית

אולטרה-סגול

אולטרה-סגול

RoboBoat

MRI

קטגוריות:

בחר הכל

מחקר בפקולטה

מחקר

כנס

פוקוס

חדשות

NEWS

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
נשימה
זרימות חד-ורב-פאזיות
אווירונאוטיקה
טיפול במים
שריפה רב-פאזית
קרח קולואידי
קרח מלאכותי
עיוות קרח מלאכותי דו-ממדי
מערכות הנעה
Remote sensing of waves
AI
Cyber Security
Geophysical and environmental fluid dynamics
exotic mechanics
Environmental implications
environment
drone
Deep learning
CO2 storage
Health
chemical oxidation
Biomimicry
Biomimetics
Biomedical
Bioelectronics
Beetles
groundwater
Hemodynamics and Biomechanics
Radio Physics and Engineering
nanotechnologies
Optics
optical nanosensors
oil and natural gas
nanomaterials
Numerical models
numerical modelling
Nanoelectronics
Nonlinear optics
Molecular Electronics
Nanophotonics
Metamaterials
Mechanical Engineering
Interfacial Phenomena
materials for water
דבי מרגוי

מחקר

25.05.2021
חומר פולימרי חכם בייצור כחול לבן שמנגנון הפריסה שלו נשלט מרחוק נשלח לחלל

סטודנטית לתואר שני במדע והנדסה של חומרים חוקרת פולימרים משני-צורה מבוססי אפוקסי ליישומים בסביבת חלל

  • מחקר
  • מדע והנדסה של חומרים

דבי מרגוי, לאחר סיום תואר ראשון בהנדסת פלסטיקה במכללת שנקר ומספר שנות עבודה בתעשייה, התקבלה כתלמידת מחקר למחלקת סביבת חלל במרכז למחקר גרעיני (ממ"ג) שורק. במקביל התקבלה כסטודנטית לתואר שני במדע והנדסה של חומרים באוניברסיטת תל אביב. נושא מחקרה עסק  ב- "פולימרים משני-צורה מבוססי אפוקסי ליישומים בסביבת חלל". פולימרים משני צורה הינם חומרים חכמים בעלי זיכרון צורני. ניתן לעוות אותם לצורה זמנית ולהחזירם לצורתם המקורית בעת חשיפה לתנאים מתאימים.

 

על הפיתוח

המחקר, שבוצע בהנחייתם של ד"ר רונן ורקר ממחלקת סביבת חלל מממ"ג שורק ופרופ' נעם אליעז מהמחלקה למדע והנדסה של חומרים באוניברסיטת תל אביב, התמקד בתכנון פורמולציה מבוססת אפוקסי עם הטמעה של גופי חימום בתוך המטריצה האפוקסית. "למעשה, תכננו צלעות חכמות שעשויות מאפוקסי ובתוכן מעין רשת סיבי פחמן שהיוו גופי חימום, דרכם ניתן להעביר זרם חשמלי וליצור חימום התנגדותי. חימום האפוקסי מאפשר את ריכוך הפולימר ואת היכולת לכופף אותו בזוויות רצויות וקיבועו בצורה חדשה זו לאחר שהוא מתקרר. החימום נשלט על ידי הזרם החשמלי המועבר בסיבי הפחמן. הצלעות הנ"ל יכולות להוות התקן מתקפל ונפרס לכל שימוש רצוי. לדוגמא, הוא יכול להוות התקן פריסה לצלעות אנטנה עתידית ללוויין" מסבירה דבי.

בסרטון (הקליקו): מבט צד על פריסה של האקטואטור. תחילה הוא נתון בצורתו המשנית בזמן אפס, בעת העברת מתח בגופי החימום הוא מתחיל להפרס. סימוכין: Margoy et al., Acta Astronautica 178 (2021) 908–919

 

עבודה על מערכות חומריות

במשך כשנה וחצי הם עבדו על שתי מערכות חומריות שכוללות את המטריצה האפוקסית - אחת כללה בתוכה גופי חימום מסוג פחמן והשנייה כללה גופי חימום מסוג ניקל-כרום. הצוות תכנן תבניות ועבד על הרכב הפורמולציה ועל סידור גופי החימום בתוך המטריצה הפולימרית, כשבכל סט חדש של כל מערכת חומרית נבדקה יכולת הפריסה והכפיפה. בתום תהליך הפיתוח של שתי המערכות נבחרה המערכת החומרית עם גופי החימום מסוג פחמן בשל ביצועים טובים יותר.

 

סביבת החלל, בדגש על מסלולים נמוכים (LEO), מאופיינת בהמצאות חמצן אטומי המהווה חומר קורוזיבי המאכל במהירות חומרים אורגניים לא מוגנים. "בשלב השני של המחקר התחלנו להוסיף תוספים משריינים, אשר גורמים להיווצרות שכבת תחמוצת סיליקון פסיבית על פני האקטואטור הננו-מרוכב בעת מגע עם חמצן אטומי. בהמשך, הוצעה שיטה לשליטה בזווית הפריסה של האקטואטורים בתנאים המדמים סביבת חלל על ידי מדידת שינויים בערכי ההתנגדות החשמלית שנוצרו בהם כתוצאה ממאמצים הפועלים על סיבי הפחמן בזוויות כפיפה שונות של האקטואטור. בנוסף, הצענו שיטה לשיפור היעילות האנרגטית של מנגנון פריסת האקטואטורים ע"י ציפוי האקטואטורים בשכבת אלומיניום בעובי ננומטרי, הגורמת לשיפור בשימור החום על ידי החזרים פנימיים של קרינה אינפרה אדומה" ממשיכה דבי להסביר.

 

התקן בעל יכולת תנועה

אקטואטור הינו התקן בעל יכולת תנועה. למעשה, בכל מערכת שבה נדרשת יכולת תנועה ניתן להכניס התקן כזה. ללוויינים יש אילוצי מסה ונפח. לכן, כל המנגנונים המאפשרים תנועה בלוויין צריכים כולם להיות קלי משקל, קטנים/מקופלים ומהימנים בתפקודם.

 

"כיום יש שתי קבוצות של מערכות נפרסות בחלל: המערכות הנפוצות הן מכאניות, בהן נקודות הקיפול מתבססות על מפרקים וצירים מתכתיים שנסגרים באמצעות קפיצים. מערכות אלה כבדות ומגושמות. קבוצה שניה ופחות מקובלת מבוססת על מערכות מתנפחות. מערכות אלה קלות משקל וקומפקטיות באחסון וקיפול, אך מהימנותן לא הוכחה במלואה. גישה נוספת, אותה חקרנו, מבוססת על פולימרים משני צורה המתאפיינים ביחס גבוה של חוזק למשקל, עלות נמוכה ומקדמי התפשטות תרמית נמוכים לעומת מתכות. היתרון במערכת החכמה שתוכננה היא, שניתן לשלוט בזוויות הפריסה תוך שימוש בהספק נמוך. מלבד פולימרים ישנם חומרים חכמים שעשויים ממתכות (לדוגמה, ליישור שיניים באמצעות תיילים אורטודונטיים או הכפיות המתכופפות של אורי גלר), מחומרים קרמיים. בשל היתרונות של הפולימרים לסביבת חלל, בחרנו להתמקד בהם" מוסיפה להסביר דבי.

 

הננו-לוויין של אוניברסיטת תל אביב שוגר לחלל מאתר שיגור בוירג'יניה בתאריך 20 בפברואר 2021. הוא שוקל פחות מ- 2.5 ק"ג ומידותיו 10×10×30 סנטימטרים. הננו-לווין משלים הקפה סביב כדור הארץ מדי 90 דקות. הוא נע כעת בגובה של כ- 400 ק"מ מעל כדור הארץ, במסלול המכונה Low Earth Orbit (LEO). החומר שפותח במסגרת עבודת המסטר נועד לעמוד בסביבת חלל זו.

 

"המערכת שפיתחנו היתה אחת מ- 5 ניסויים ב- TAU-SAT1. ביום חמישי, 8 באפריל, בשעה 19:00 (שעון ישראל) נשלחה מתחנת הבקרה שבפקולטה להנדסה פקודה לננו-לווין לפרוס את האקטואטור. הפריסה התחילה 6 דקות לאחר מתן הפקודה, כמתוכנן, לצורך חימום הדרגתי. האקטואטור שוגר כשהוא מכופף ב- 90 מעלות והתיישר במלואו בגמר הפריסה. חומרה ייעודית שהותקנה על הלווין היתה אחראית להעברת הזרם ולבקרה. גלאים אופטיים על הלווין זיהו את הפריסה" מספרת דבי.

 

פריצת דרך אמיתית

דבי מסבירה על פריצת הדרך האמיתית במחקר: "פריצת הדרך כאן היא, שזוהי הפעם הראשונה שמשוגר מישראל לוויין עם מנגנון פריסה מבוסס פולימר משנה צורה הנשלט מרחוק (קרי, מכדור הארץ). הוגשה בקשת פטנט משותפת לקבוצות בממ"ג שורק ובפקולטה להנדסה. מנגנון הפריסה שפותח יוכל לחסוך בעתיד את הצורך לשגר מתכות כבדות ולשמש לפריסת רכיבים שונים כגון אנטנות ולוחות סולאריים. המערכת שבנינו עשויה להשתלב בעתיד באנטנה של לווין, שתהיה בנויה מהרבה צלעות, כמו צלעות של מטריה (רק בלי הברגים והצירים!). הכוונה היא, כמובן, לבצע פריסה מחוץ ללוויין, ולא בתוך הלוויין כפי שביצענו כאן". 

 

"העובדה, שהאקטואטר שלנו הצליח להיפרס במלואו ובקצב המתוכנן, היא הישג אדיר וגאווה עצומה. זהו המשוב הטוב ביותר שיכולתי לאחל לו. כידוע, גדול המרחק בין הצלחה במעבדה על כדור הארץ להצלחה בזמן אמת בשרות בתנאי חלל. אני שמחה וגאה, שניתנה לי ההזדמנות לבצע מחקר פורץ דרך זה במסגרת המסטר שלי באוניברסיטת תל אביב וממ"ג שורק, בשיתוף פעולה בין-ארגוני, ובהנחיית רונן ונעם" מסכמת דבי.

 

לכתבה במגזין Ynet

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

יצירת חומרי אנרגיה (זרזים) חדשים לשיפור ביצועים בתא דלק מימני

מחקר

01.03.2021
יצירת קטליזטורים (זרזים) חדשים לשיפור ביצועים בתא דלק מימני

חוקרים מהמחלקה למדע והנדסה של חומרים פרסמו שני מאמרים המציגים אסטרטגיות חדשות לשיפור הביצועים והעמידות של תאי דלק מימניים.

  • מחקר
  • מדע והנדסה של חומרים

ד"ר בריאן רוזן, ראש המעבדה לחומרי אנרגיה בפקולטה להנדסה אוניברסיטת תל אביב חוקר מגוון נושאים חיוניים שעשויים לשמש תשתית לפיתוח אנרגיה חלופית וירוקה, לייצור דלק סינתטי ולפיתוח תאי דלק עבור מגוון יישומים. במאמרו שפורסם לאחרונה מראה ד"ר רוזן כיצד ניתן להכין חומרים חדשים לשיפור פעילות תא הדלק האלקליין.

 

לתאי דלק אלקליין יתרונות רבים על פני תאי דלק חומציים בכל הנוגע ליציבותם וחייהם, אך הפעילות שלהם (כלומר כמה כוח הם יכולים לייצר) נמוכה מתאי הדלק החומציים. היום עדיין משתמשים בתאי דלק חומציים במקום בתאי דלק אלקליין מכיוון שתגובת האנודה (האלקטרודה בה מתרחשת תגובת חמצון) בתאי דלק אלקליין, המפרקת את המימן, עדיין איטית מדי.

 

הולכים לכיוון ירוק יותר

מימן עשוי למלא תפקיד מרכזי בכלכלת "האנרגיה" שלנו בעתיד בזמן שאנו נלחמים נגד העלאת הפחמן-הדו-חמצניCO2) ) ושינויי האקלים. תאי דלק מימן יכולים לספק לנו דרך להמיר מימן לחשמל לפי דרישה ולשמר תוך כדי כך על סביבה נקייה.

 

לאחרונה עבד ד"ר רוזן על מחקר חדש בשיתוף פעולה עם חוקרים מהטכניון - פרופ' דריו דקל, וחוקרים ממדינות נוספות כמו סין, פורטוגל וארה"ב, בו פיתחו סוג חדש של חומר קרמי מבוסס על מתכות מעבר קרבידיות היכול להעלות את הביצועים של תא דלק אלקלי.(AFC)

 

תא דלק אלקליין הוא סוג של תאי יונים הידרוקסיד (OH-) החוצים את הממברנה מקתודה לאנודה. זאת בניגוד לתא דלק חומצי שבו פרוטונים (H +) חוצים את הממברנה בכיוון השני מאנודה לקתודה. ההבדל בין תא דלק אלקליין לחומצי הוא סוג הממברנה המשמשת, סוג היון המועבר וה- pH שלו

בתמונה: תא דלק אלקליין

 

לייצר יותר כוח

ממצאי המחקר של ד"ר רוזן מצביעים על כך שניתן להביא לסוף של פליטת CO2 ולייצר חשמל, מים וקצת חום רק ע"י הזנת מימן וחמצן.

 

בעוד שתאי דלק אלקלים מספקים שיפור בעמידות התא, הם אינם יכולים לייצר צפיפות הספק כמו תאי דלק חומציים בגלל הקינטיקה הנמוכה בפירוק המימן. מחקר זה הראה כיצד סגסוגות של מתכות מעבר קרבידיות המבוססות מוליבדינום וטנטלום יכולות להאיץ תגובה זו ולשפר את ביצועי תאי הדלק. כלומר, בתא דלק אלקליין, הצד המפצל את דלק המימן (האנודה) הוא ההחלקה האיטית. על ידי חקירת זרזים חדשים של מתכת קרביד, אנו לומדים כיצד להפוך את התגובה למהירה יותר על מנת לאפשר לתאי דלק אלקליין לייצר יותר כוח.

 

ניסויים במאיץ החלקיקים 

אלירן חמו, כותב ראשי של המאמר ודוקטורנט במעבדה של ד"ר רוזן - במסגרת המחקר, היה המדען הישראלי הראשון שביצע ניסויים במאיץ החלקיקים SESAME ושזה עתה הוקם באלאן, ירדן. באמצעות שימוש בקרינת רנטגן במאיץ החלקיקים, צוות החוקרים אימת את הממצאים החישוביים כי סגסוגות של מתכות מעבר קרבידיות יכולות להוביל לשיפור בפעילות הקטליטית.

 

המחקר פורסם בכתב העת- ACS Catalysis,  אחד מכתבי העת המובילים בעולם בתחום הקטליזה - קישור למאמר

 

שיפור נוסף בביצועים והעמידות הקטליטית

במחקר מקביל, פיתחו אלירן חמו ועמיתתו לעבודה רעות ספורטה (גם היא מהמעבדה בראשות ד"ר בריאן רוזן) שיטה חדשה המבוססת על ייצור של זרזים נמוכי מימד המבוססים פלטינום בשיקוע אלקטרוכימי על גבי מצע של מוליבדנום קרביד, וזאת כדי להביא שיפור נוסף בביצועים והעמידות הקטליטית.

מחקר זה התקבל ופורסם בכתב העת ACS Applied Energy Materials

קישור למאמר

 

מקורות מימון למאמר

 

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

פרופ' נעם אליעז

מחקר

24.09.2020
פרופ' נעם אליעז נבחר כחבר בכיר באקדמיה הלאומית לממציאים בארה"ב

זכה במעמד על הישגיו פורצי הדרך בפיתוח פטנטים וטכנולוגיות חדשניות

  • מחקר
  • מדע והנדסה של חומרים

פרופ' נעם אליעז מהמחלקה למדע והנדסה של חומרים בפקולטה להנדסה באוניברסיטת תל אביב נבחר לחבר האקדמיה הלאומית לממציאים, ארה"ב (National Academy of Inventors).

 

לאחרונה, הודיעה הנהלת האקדמיה על בחירתם של 38 חברים בכירים חדשים, כהוקרה על הישגיהם פורצי הדרך בפיתוח פטנטים וטכנולוגיות בעלות השפעה רבה על החברה והתעשייה בעולם. פרופ' אליעז הוא החוקר הישראלי היחיד, ולמעשה החוקר היחיד מחוץ לארה"ב, שנבחר אי פעם כחבר בכיר באקדמיה האמריקאית, המונה 189 חברים בכירים.

 

פרופ' אליעז ייסד את המחלקה למדע והנדסה של חומרים בפקולטה להנדסה. לדבריו, לסטודנטיות ולסטודנטים בקבוצת המחקר שלו ולעמיתיו למחלקה יש תרומה חשובה להצלחה, שמתווספת להישגים ולהכרה הבינלאומית של המחלקה הצעירה. "זה כבוד גדול עבורי להיות חבר בקהילה האקדמית הבכירה של הממציאים בארה"ב," הודה פרופ' נעם אליעז לחברות ולחברי האקדמיה האמריקאית. "כממציאים וכיזמים תפקידנו הוא לחפש כל הזמן את האתגר המקצועי הבא ולפתח את ההמצאה פורצת הדרך החדשה, לטובת החברה והטכנולוגיה. זו פעם ראשונה שישראלי נבחר במעמד חבר בכיר לאקדמיה, ואני מקווה שבכך תיפתח הדלת לחוקרים ישראליים נוספים להשתלב כחברים בכירים". לאקדמיה נבחרו במהלך השנים למעלה מ-1000 חברות וחברים במעמד עמית/ה, כולל מחוץ לארה"ב, ובהם שלושה ישראלים.

 

מוזמנים להקליק לכתבה ב ynet ולכתבה באתר אוניברסיטת תל אביב

 

אלה שמתאהבים בבעיה הם אלה שממציאים לה פתרון

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש
שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>