כללי

אנו משתמשים בתיאוריה ובניסוי כדי לחקור תופעות פני שטח ומעבר מסה, כאשר אנו חוקרים תופעות מעבר של מסה ויונים בנוכחות גלים סייסמיים ואולטראסוניים וכן מבנה ותכונות של נוזלים מורכבים. בפרוייקטים בהווה אנו חוקרים מעבר מסה בתחום הביני (בפילמים נוזליים דקים) ובמדיה נקבובית, וכן אנו חוקרים ספקטרוסקופיה אלקטרו-קינטית של יונים ליד משטחים טעונים חשמלית. עבודתנו על מעבר מסה במדיה נקבובית מסבירה תצפיות על תנועת מים תת-קרקעיים בעקבות גלים סיסמיים; הטכנולוגיה נפוצה עבור הגברת תהליכי מעבר חומר וריאקציות כימיות בתעשיה הכימית והנעת זורמים במערכות מיקרו-פלואידיות. בעבודתנו על ספקטרוסקופיה אלקטרו-קינטית, אנו מפתחים מתודולוגיה ספקטרוסקופית חדשה לחקר דינמיקת יונים בשכבות כפולות חשמליות – אחד המנגנונים הנפוצים והבסיסיים ביותר בביוכימיה, קולואידים, וטכנולוגיית ממברנות. בנוסף, אנו עושים שימוש ב-Classical Density Functional Theory — ניסוח מתמטי של אנרגיית גיבס והלמהולץ של נוזלים מורכבים הנובע מעקרונות תרמודינמיים בסיסיים וכלים סטטיסטיים. פיתרון הבעיה המתמטית נעשה באמצעות איתור המבנה המקרוסקופי והמולקולרי של הנוזל המורכב התומך במינימום אנרגיה. זאת על מנת להבין אינטראקציות ומבנה בתוך הנוזלים. פירוט קצר של הפרוייקטים ניתן מטה:

מבנה ותכונות של נוזלים מורכבים

נוזלים מורכבים (נוזלים המכילים חלקיקים קולואידים) נפוצים במערכות טבעיות וטכנולוגיות, מנוזלים ביולוגיים דוגמת חלב, פלסמה, ודם ועד מערכות נפוצות דוגמת אמולסיות כמו שמפו וחומרי ניקוי, תמיסות פולימריות למינהן, וכן סספנסיות של חלקיקי מתכת, אוקסידים, ואלקטקוליטים בתעשיות המחצבים והייצור. בנוזלים מורכבים, היציבות של הנוזל להפרדת פאזות והתכונות המאקרוסקופיות שלו תלויות במבנה הפנימי.  אנו בונים מודלים מתמטיים המבוססים על תיאוריית הצפיפות הפונקציונלית (Density Functional Theory) ועל תופעות מעבר ליד שיווי משקל (Near Equilibrium Thermodynamics) על מנת לנתח את המבנה הפנימי והתכונות של נוזלים מורכבים המכילים חלקיקים נוזלים ומוצקים וכן אלקטרוליטים. אנחנו משווים את החישובים לניסויים המבוססים על מדידות כוח מיקרוסקופיות בתוך הנוזל המורכב הנעשות על ידי מדיד קולואידי (Colloidal Prob) באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי (Atomic Force Microscopy) ומנתחים את משמעות הכוח הנימדד והקשרו למבנה והתכונות הפנימיות של הנוזלים המורכבים הנימדדים.

תופעות אלקטרו-קינטיות ואקוסטיות בנוזלים

שכבות כפולות חשמליות (electrical double layers) הן תופעה משטחית. אלו הם מבנים יוניים המופיעים בממשק שבין משטחים טעונים לתמיסות אלקטרוליטים (תמיסות יוניות) והם אחד המנגנונים הבסיסיים והשכיחים ביותר בטבע. שכבות חשמליות אלו הן בעובי ננו-מטרי, מגיבות לשינויים בתוך ננו-שניות, ותומכות במורכבות הקיימת במערכות ביולוגיות וקיום החיים על פני כדור הארץ, כמו גם באינספור תהליכים ומוצרים תעשייתיים. דוגמאות לאלו האחרונים מתחילות ביציבות של משחת שיניים ושמפו וממשיכות לממברנות, התפלת מים, ויישומי אנרגיה כמו סוללות וקבלי-על. אנו מערערים באופן דינמי את המבנה היוני בשכבות החשמליות על ידי אפקט שדה (field effect). מדובר בגלים צמיגותיים דועכים (evanescent waves) הנעים בתוך תמיסות האלקטרוליטים והנובעים מגלים אקוסטיים משטחיים (surface acoustic waves) בתדירויות גבוהות (HF, VHF) שאנו מייצרים במצע מוצק סמוך. בתדירויות עירעור אלו (הדומות לתדירויות גלי רדיו), השכבות הכפולות החשמליות דולפות שדות חשמליים חלשים שאנו מודדים ומתרגמים להרכב יונים, מבנה, ודינמיקה בקרבת המצע המוצק. המחקר מהווה נקודת מפגש בין הנדסת חשמל וכימייה פיסיקלית ומאפשר זיהוי תהודה אלקטרו-מכנית של יונים בשכבות כפולות חשמליות, זיהוי נוכחות של יונים בתמיסות אלקטרוליטים, וזיהוי הקצב המקסימלי שבו מערכות טעינת אנרגיה וממברנות עשויות להיטען ולהיפרק על ידי יונים ספציפיים.

שבירת תערובות שמן ומים באמצעות גלים אקוסטיים משטחיים (surface acoustic waves) ודינמיקת הרטבה ופילמים דקים

מיזעור ציוד להפרדת תערובות מים ושמן באמצעות גלים אקוסטיים משטחיים הנעים במצע מוצק מציע מספר יתרונות על פני שיטות רווחות להפרדת תערובות מים ושמן שמעצם טיבען נעשות בקנה מידה גדול במתקני תיאור מים חוץ ישוביים. מדובר במיוחד בהשבת מים אפורים עבור דיור ביתי ותעשיות קטנות. גלים אקוסטיים משטחיים הנעים במצע מוצק מבחינים בין שמן ומים על פי כימיית השטח השונה של הנוזלים וכן על פי תכונות ההרטבה השונות של המוצק על ידי הנוזלים, ומסוגלים למשוך שמן מתוך תערובות שמן ומים. עם זאת, הפיזיקה של שבירת תערובת נוזלית על ידי גלים אקוסטיים משטחיים מגיעה עם מוזרויות רבות: אנו רואים מספר סוגים של אי יציבות זרימה הקשורות למשחק הגומלין בין אינטראקציות אקוסטיות, צמיגות, וקפילאריות בתערובות הנוזלים וכן ובפילמים נוזליים הבאים במגע עם גלים אקוסטיים משטחיים. אנו משתמשים בתיאוריה ובניסוי כדי לחקור את האינטראקציות בין גלים אקוסטיים משטחיים בתדרויות של מגה הרץ ובין תערובות ופילמים של נוזלים.

זרימה אקוסטית במדיה נקבובית

מעבר חומר במדיה נקבובית תחת אקטואציה אקוסטית הינה נושא המוכר בגיאולוגיה, ביחידות ייצור בתעשייה הכימית והמכאנית, וכן ביישומים מיקרו-פלואידיים (microfluidics). בתדירות אקוסטית גבוהה, זוהי טכנולוגיה מבטיחה עבור פלטפורמות מעבדה-על-שבב (lab on a chip), במיוחד עבור נקודות טיפול רפואיות (point of care) וערכות זיהוי ביתיות. אנו משתמשים הן בתיאוריה והן בניסוי כדי לחקור מעבר מסה במדיה נקבובית תחת אקטואציה אקוסטית. אנו מתמקדים בגלי אולטרסאונד בתדרים של מגה הרץ (MHz) המתפשטים לאורך המדיה הנקבובית ובגלים אקוסטיים משטחים (surface acoustic waves) בטווח תדרים דומה הנעים במצעים מוצקים במגע עם המדיה הנקבובית. אנו מעוניינים במיוחד בשימוש באקטואציה אקוסטית למעבר חומר במערכות נוזל רב-פאזיות במדיה נקבובית, במעבר חומר בנוסף לתגובות כימיות וביוכימיות במדיה נקבובית, וכן בתכנון מתמרים פיזואלקטריים ואיטגרציה עם מערכות נקבוביות להשגת מטרות אלו.

גיוס סטודנטים ופוסט-דוקטורטים
אנו תמיד מחפשים סטודנטים ופוסט דוקטורנטים מבריקים וחדורי מוטיבציה המתעניינים בתיאוריה ובניסוי. רקעים אקדמיים שימושיים למחקר במעבדה שלנו הם הנדסת כימיה, מכונות, חשמל, ביו-רפואה וחומרים, כמו גם פיסיקה. אנו שמחים לשקול גיוס מועמדים בעלי רקע אקדמי שונה. כיום, אנו מחפשים במיוחד אנשים עם עניין באלקטרו-קינטיקה ובגלים אקוסטיים משטחיים.

לפרסומים אנא בקר באתר google scholar:
https://scholar.google.com/citations?user=ux3V_usAAAAJ&hl=iw