נושא הפרוייקט
מספר פרוייקט
מחלקה
שמות סטודנטים
אימייל
שמות מנחים
תכונות חשמליות משטחיות של אלוטרופי פחמן המיושמות לצורך השבתת חיידקים
Surface Electrical Properties of Carbon Allotropes applied for Bacterial Inactivation
תקציר בעיברית
אלוטרופים של פחמן הינם בעלי תכונות חשמליות נחשקות מאוד, ולכן מיושמים במגוון תחומים, כגון בתאי דלק, וכציפוי על ממברנות. לצורך יישומים אלו, יש להקטין את ההתנגדות החשמלית המשטחית, המתבצע באמצעות אבקות חלקיקי פחמן, במטרה ליצור מערכת מוליכה פרקולטיבית. השוונו בין אבקות מאלוטרופים של פחמן בממדים שונים, גרפיט תלת-ממדית, מספר שכבות גרפן דו-ממדית, וצינורות פחמן חד-ממדיות. נעשה שימוש במספר אבקות מכל אלוטרופ, הנבדלים בגודל, צורה, וכן רמת אגרגציה. מספר קומבינציות, אשר הורכבו מהאבקות המצליחות ביותר, נבדקו גם כן, במטרה להוריד עוד יותר את ההתנגדות המשטחית- כאשר גרפיט תלת-ממדית הובילה להתנגדות החשמלית המשטחית הנמוכה ביותר, הן במערכת חד חלקיקית והן כמרכיב בקומבינציות גרפן-גרפיט. לאחר מכן, פולימר אקרילי מולא עם האבקות כמלאנים בריכוזים אופטימליים, והתקבלו ערכי התנגדות משטחית בסדר גודל של 10 Ω. שכבה דקה יושמה כציפוי על ממברנה מסננת מים, לצורך תהליכי טיפול במים, במטרה להוריד את ההתנגדות המשטחית בעת העברת זרם חשמלי רגעי לצורך נטרול בקטריות. ניסויי נטרול בקטריות בוצעו על שכבות הציפוי במטרה להשיג הריגה גבוהה של בקטריות, כאשר חומר מרוכב המכיל מלאן של גרפן עם חלקיקים בגודל 15 מיקרומטר (10% משקלי) אשר צופה על משטח פולי-אמיד ולאחר מכן הוקרן על ידי לייזר ליצירת גרפן, השיג הורדה בשני סדרי גודל במספר הבקטריות הפעילות.
תקציר באנגלית
Carbon-based allotropes can have highly desirable electrical properties, as applied in various fields, such as fuel cells and as membrane coating. For such applications, the surface electrical resistance induced by carbon particle powders should be minimized, aiming at the formation of a percolating network. We evaluated powders of different carbon allotropes differing in dimensionality, namely, 3D Graphite, 2D Graphene Nano-Platelets (GNP), and 1D Carbon Nano-Tubes (CNT). Several powders of each allotrope were used, varying in size, shape, as well as level of aggregation. A few combinations of best performing powders were tested as well, in an attempt to further reduce the surface resistance-with 3D graphite demonstrating the lowest electrical surface resistance, both as a single particle system and as a component in graphene-graphite combinations. An acrylic polymer was then loaded with these powders as fillers at optimized concentrations, achieving surface resistance values in the order of 10 Ω. Such films are employed in water treatment processes for coating water filtration membrane to reduce its surface resistance, applied in current-based shocks for bacterial inactivation. Bacterial inactivation experiments on these films were performed in order to achieve high bacterial killing, with a 15 mm GNP (10wt%) based composite coated on a polyimide substrate and further treated with Laser Induced Graphene achieving a two orders of magnitude reduction in the active bacteria count.