הנדסת חומרים להכנת תאי דלק, סוללות וקטליזטורים

לאחר שנת לימודים אחת של הוראת המדעים בשלוחה האקדמית של אוניברסיטת חיפה באורנים, יועד צור עבר לטכניון ועשה שני תארים אקדמיים במקביל: BA בפקולטה לפיסיקה ו- BEd במחלקה להוראת המדעים. הוא היה מורה למתמטיקה ולפיזיקה בתיכון האזורי בקיבוץ במשך כשמונה שנים וריכז את מגמת הפיזיקה בשני התיכונים של המועצה האזורית מגידו. כשהתחיל תואר שני בפקולטה לפיזיקה ומחקר בהנחיית פרופ' אילן ריס במקביל להוראה בתיכון, פרופ' צור גילה את המשיכה הרבה שלו למחקר. בשלב זה עבר להשקיע את מלוא זמנו במחקר, והמשיך למסלול ישיר לדוקטורט בטכניון: "הנושא המרכזי של הדוקטורט שלי היה על השפעת סוגים שונים של סימום (אילוח) על תכונות חשמליות של תחמוצת נחושת שהיא מוליך למחצה." פרופ' צור המשיך להכשרת פוסט-דוקטורט במעבדה למחקר בחומרים באוניברסיטת Penn State. "הגענו לשם עם שלושה ילדים ועם החלטה שלא משנה מה – אנחנו חוזרים לארץ אחרי שנתיים. זה אפשר לי לדחות בנימוס, ויש שיאמרו בסכלות, רמזים עבים על משרה אפשרית שם. לפקולטה להנדסה כימית בטכניון הגעתי די במזל: כנראה שחיפשו כאן מישהו שמתמצא קצת במצב מוצק לאור העובדה שכשליש מהבוגרים באותה התקופה הגיעו לעבוד כמהנדסי תהליך בתעשיית המיקרואלקטרוניקה. העובדה שעסקתי בעיקר בתכונות חשמליות של חומרים קרמיים ובסינתזה שלהם ולא בסיליקון, לא הרתיעה את הפקולטה מספיק. במקביל, אחרי סיבוב הופעות במספר מקומות בארץ ובטכניון, התלהבתי מהאווירה בפקולטה ומהיחסים בתוכה שנראו לי, כאורח לרגע, בריאים וסימנתי את הפקולטה להנדסה כימית בטכניון כעדיפות ראשונה מבחינתי. על כך אני לא מצטער לרגע."

קבוצת המחקר של פרופ' צור עוסקת בחומרים, בעיקר תחמוצות, אותם הם בדרך כלל מסנתזים בעצמם כדי להשיג שליטה רבה ככל האפשר על הרכב החומר וה'היסטוריה' שלו. "הרבה פעמים אנחנו מייצרים תחילה אבקה ננומטרית של החומר בשיטות של כימיה רטובה (דוגמאות: הידרוליזה hydrolysis; תהליך גליצין-ניטראט GNP; שיקוע משותף co-precipitation). את החומרים הללו אנחנו בדרך כלל מסממים (או מאלחים, מילה יותר יפה) בחומרים אחרים על מנת להשפיע על תכונות שונות, בעיקר תכונות חשמליות אבל לא רק. את ההשפעה הזו אנו משיגים באמצעות פגמים נקודתיים בחומר, ואנחנו מנסים להבין את התרמודינמיקה של הפגמים הנקודתיים. לפעמים אנחנו מכינים מהחומרים האלה התקנים חשמליים כמו תאי דלק או סוללות או שכבות קטליטיות להתקנים שונים. לצורך כך אנחנו מסנטרים את האבקה, בין השאר באמצעות שיטות מתקדמות של הפעלת שדה תוך כדי הסינטור – ואנחנו גם מנסים להבין מה קורה שם בסינטור הזה. היישומים המרכזיים הם בתחום אנרגיה ברת-קיימא. את כל זה אנחנו חוקרים בכל מיני אמצעים אבל בעיקר בעזרת שיטת מדידה חשמלית שנקראת ספקטרוסקופיית אימפדנס – שזה כמו למדוד התנגדות אבל בזרם חילופין תוך כדי שינוי התדר על פני מספר סדרי גודל. ולצורך ניתוח המדידות האלה, פיתחנו שיטה ייחודית המבוססת על תכנות אבולוציוני ומוצאת את פונקציית פילוג זמני השהייה בדגם."

פרופ' צור היה עד לא מזמן ראש תוכנית האנרגיה בטכניון. "אין שום ספק שאנרגייה ברת-קיימא היא אחד התחומים החשובים ביותר לאנושות, קריטי בעצם לקיומה, והוא רק ילך ויתעצם במחקר. תחומים ספציפיים שאנו עובדים עליהם כמו תכונות טרנספורט בחומרים קרמיים ומדידות חשמליות והאנליזה שלהן, ימשיכו לעניין לא מעט חוקרים בעולם ויש לשער שיחדרו אליהם שיטות אנליזה חדשות." קבוצת המחקר של פרופ' צור משתפת פעולה עם חוקרים רבים בארץ ובעולם, בעיקר סביב שיטת האנליזה שפיתחו אצלם ובמומחיות שלהם לגבי פגמים במוצקים. שיתופי פעולה מתמשכים כוללים לדוגמא את פרופ' איגור לובומירסקי במכון וייצמן ופרופ' ניני פרידס – ראש המחלקה לאנרגיה באוניברסיטה הטכנולוגית של דנמרק DTU, במיוחד על תאי דלק מתחמוצות מוצקות בשכבות דקות. שיתופי פעולה נוספים כוללים חוקרים מהטכניון, מבר אילן, ועוד.

הרעיון שעומד בבסיס המחקר של פרופ' צור הוא להכין דגמים החל משלב הכנת האבקה הננומטרית ועד לדגם שלם, לבצע עליהם מדידות חשמליות ואחרות, ואת התוצאות של מדידות ספקטרוסקופיית אימפדנס לנתח באמצעות השיטה שהם פיתחו באמצעות תוכנה שהם בונים ומשפרים. התוכנה כתובה היום באמצעות מטלאב, והקבוצה מעוניינת להעביר אותה לפייתון. סטודנטים שמתעניינים בנושא מוזמנים לפנות ליועד ישירות. פרופ' צור מספר ש"פיתוח התוכנה, הנקראת ISGP, החל משיתוף פעולה עם פרופ' דני לוין מהפקולטה שלנו וסטודנט משותף למאסטר שכתב את הגרסה הראשונה. המשך הפיתוח נעשה כולו בעזרת סטודנטים ולאורך שנים."

בין היתר, קבוצת המחקר של פרופ' צור עבדה על חקר הקשר שבין תכונות מכניות וחשמליות של חומרים קרמיים, "קראנו לזה אלקטרו-כימו-מכניקה: אוקסידים משנים גם את התכונות החשמליות שלהם וגם את הנפח שלהם כתוצאה מקליטה או פליטה של חמצן; ובנוסף הם משנים את הנפח שלהם ופולטים או קולטים חמצן כתוצאה משינוי טמפרטורה. אז הכנסנו את הראש אל תוך הבלגן הזה כדי לנסות להבין מה משינוי הנפח תוך כדי שינוי טמפרטורה נובע מ'סתם' שינוי טמפרטורה ומה נובע מאיבוד חמצן בגלל השינוי בפוטנציאל הכימי של החמצן שתלוי בעצמו בטמפרטורה. מחקר זה לקח זמן רב יחסית, כחמש שנים להשלים את המדידות עם הרבה מאד חזרות – כי התוצאות היו מפתיעות!"

למי שרוצה להצטרף לקבוצת המחקר, יועד ממליץ לקחת קורסים בנושאי מצב מוצק ו/ או מבוא לחומרים. "אי אפשר לדעת יותר מדי תרמודינמיקה. מי שאוהבים מתמטיקה, זה יכול להיות רעיון טוב לקחת קורס של טורי פורייה והתמרות אינטגרליות – אבל סתם פינטזתי עכשיו: אפשר להתחיל גם בלי זה כמובן. אה, ואני ממש הייתי רוצה למצוא מישהו שנורא אוהב לתכנת בשביל להמשיך לשפר את התוכנה שלנו – ISGP."