בדרך להדפסת חיישנים על כל משטח

מעגלים מודפסים על חולצות, חלונות ומוצרי יום יום אחרים הם השלב הבא של האלקטרוניקה לפי הרצאתו של פרופ' שלמה מדגסי, פרופ' לכימיה שימושית במרכז לננו מדע וננוטכנולוגיות באוניברסיטה העברית במסגרת מפגש מועדון השבבים הישראלי ב-29 בדצמבר 2014.  "המחקר שלי עוסק במדע החומרים, מעורב בהרבה חברות סטארט-אפ, האם אפשר להדפיס מעגלים מודפסים המורכבים מחומרים מוליכים ננו טכנולוגיים של כסף, נחושת וזהב לייצור סוג חדש של מוצרים חכמים  – תגי RFID, תאים סולרים חיישנים ועוד.

"אנחנו עוסקים בחלקיקים קטנים או טיפות קטנות שמוסיפות תכונות למצע עליו הן מודפסות: זכוכית, אריח, חלון או לוח אלקטרוני. כדוגמה ליישום כזה תיאר פרופ' מדגסי חלון חכם, כאשר עליו מודפסים מעגלים ננומטריים ועם הפעלת המתח החלון הופך אטום או שקוף. דוגמה אחרת."

"כבר כיום יש מוצרים המבוססים על הדפסה, לדוגמה תאים סולאריים המכילים חלקיקי ננו כסף. בכך מוזל תהליך ייצורם של התאים הסולארים, ואינו דורש הכנה במפעל שבבים. בתהליכים רגילים של הכנת תבנית משתתמשים בשכבות, כל שכבה דורשת פוטוליתוגרפיה, etching ותהליכים מסוברים ויקרים.. אנחנו פשוט מדפיסים את הנחושת לתוך השבב."

"נכון שכיום השימוש העיקרי בהדפסה הוא להחלפת מקטעים מתוך תהליכים קיימים ועדיין אין מוצרים שכל רכיביהם מיוצרים בשיטה זו, וישנה פעילות אקדמית. ואולם התחזית היא ששוק האלקטרוניקה המודפסת צפוי להגיע ל-250 מיליארד דולר ויותר ב-2025."

"מה שמונע שימוש נרחב בטכנולוגיה כבר כיום הוא המחיר, כסף בצורתו הננומטרית הוא המתכת המוליכה ביותר אבל היא יקרה מאוד. היא מתאימה לאפליקציות נישתיות. המתכת המועמדת הבאה לאחר הכסף היא הנחושת שמחירה פחות מאחוז ממחיר משקל זהה של כסף. ואולם כשמכינים ננו חלקיקים של נחושת – הם עוברים תהליך חמצון מיידי. פיתחנו דיו נחושת שנשאר יציב לפרקי זמן ארוכים – הדיו כבר מחומצן ואחרי שנדפיס אותו הוא יהפוך לנחושת טהורה."

באשר לטכנולוגיה המפותחת במעבדתו, סיפר פרופ' מדגסי כי הם עוסקים ביצירת חומרים ופורמולציה של החומרים לצורך הכנת דיו, הדפסתו ובסוף הדפסתו כמוליך חשמלי. "תהליך ההדפסה עצמו הוא תהליך רגיל המבוסס על השיטה של מדפסות הדיו שכולנו מכירים. מדפסת הדיו פועלת בצורה פשוטה: יש חריר קטן שדרכו עוברים חלקיקים של חומר. במקרה שלנו מוליך חשמלי ומדפיסים אותו על הנייר. אחת הדרישות היא שהחלקיקים שאנו יוצרים יהיו מאוד קטנים כדי שלא יסתמו את החורים ולכן אנו משתמשים בננו חלקיקים."

"מסתבר שיש חומרים שכשיורדים בגודל החלקיק תכונותיהן משתנות ואינן דומות לאלו של החומר בצורתו המקובלת. פיתחנו כך תהליכים ליצירת ננו חלקיקים של כסף שהוא סוס העבודה בתחום האלקטרוניקה המודפסת. הדיו מיוצר על ידי חברת XJET  הישראלית שכבר הכינה אלפי ליטרים של דיו ננומטרי להדפסה.  בגדלים ננומטרים יש חשיבות לטמפרטורת ההתכה של החומר שהיא הרבה יותר נמוכה מטמפרטורת ההתכה של החומר המקורי (כסף) ולפיכך יש אפשרות לחבר את הנקודות הננומטריות לכדי מעגלים מודפסים. "

"דוגמאות למוצרים העושים שימוש בהדפסה ננומטרית – צגים מתקפלים. רוצים להגיע להתקנים אלקטרונים על פלסטיק שמדפיסים אותם כמו שמדפיסים עיתונים בתעשיית הדפוס המסורתית. לשם מכך הוקמה חברת סטאטראפ קלירג'ט שעוסקת בהדפסה של מוליכים שקופים. אפשר גם להדפיס אנטנות – למשל לתגי  RFID. "

"השלב הבא של הטכנולוגיה יהיה הדפסה תלת ממדית של מעגלים בעלי הרבה שכבות לסירוגין של חומר מוליך וחומר מבודד, כפי שנעשה היום בתעשיית השבבים אך בלי צורך בתהליך היקר של הפוטו ליתוגרפיה. אלא באמצעות הנחה ישירה של רכיבים.

תחום נוסף שקשור למחקרים שלנו הוא הדפסה של מוליכים גרפנים וננו-שפופורות. הרעיון הוא על כל חולצה יהיה חיישן.

"בעתיד הרחוק יותר השאיפה היא להגיע לדפסה ארבע ממדית – כלומר הדפסה תלת ממדית של רכיב שיעשה עוד משהו – למשל ינוע."

פרופ' שלמה מרגל מאוניברסיטת בר- אילן הוא המדען המצטיין לשנת 2014 מטעם האגודה הישראלית לוואקום

פרופ' שלמה מרגל, מרצה בכיר וחוקר במחלקה לכימיה באוניברסיטת בר- אילן זכה בפרס המדען המצטיין של האגודה הישראלית לוואקום- מדע, טכנולוגיה ויישומים ((IVS לשנת 2014. הפרס ניתן לו על תרומתו יוצאת הדופן בתחום הכימיה והפיזיקה של מערכות פולימריות-ננו מטריות ויישומן במערכות ביולוגיות.

פרופ' שלמה מרגל הוא כימאי בעל שם עולמי בתחום פולימרים וביופולימרים; סינטיזה, איפיון ושימושים תעשיתיים וביורפואים של ננו ומקרו-חלקיקים פונקציונלים. קבוצת המחקר של פרופ' מרגל מעורבת בפרוייקטים רבים, כולל זיהוי סרטן באמצעות חלקיקים מונחים, טיפול ממוקד בסרטן, טיפול בהתמכרויות, מניעת התיישבות חיידקים על מערכות מים, תוספים ליריעות בתעשית הפלסטיקה, חומרים המשלבים חלקיקים מונעי בעירה, הדמיה באמצעות חלקיקים פולמירים מרוכבים בMRI  או בצילומי רנטגן, וכן מחקר בנושא איחוי עצמות באמצעות חלקיקים חדשניים. בבעלותו של פרופ' מרגל חברת הזנק בשם NanoThera Ltd העוסקת בתרפיה לסרטן במוח באמצעות ננו חלקיקים ממוקדים העשויים מתחמוצת ברזל.

קבוצת המחקר של פרופ' מרגל כוללת את הביוכימאית ד"ר תמר טננבאום,  וכ – 17 סטודנטים לתארים גבוהים, מהם ארבעה פוסט-דוקטורנטים, וממוקמת בבניין הננוטכנולוגיה של אוניברסיטת בר אילן. לפרופסור מרגל יותר מ 220 פרסומים מדעיים ו 32  פטנטים ובקשות לפטנטים.

במהלך השנים כיהן פרופ מרגל כראש המחלקה לכימיה, כדיקן הפקולטה למדעים מדויקים וכן כדיקן הסטודנטים. החל משנת תשע"ה משמש פרופ' מרגל נשיא המכללה האקדמית 'גבעת וושינגטון'.