Water werkt op nanoschaal als lijm
|
|
 Joost Frenken |
Als waterdamp een druppeltje vormt in een heel kleine ruimte tussen twee oppervlakken, dan gedraagt dat water zich meer als ijs dan als water, zélfs bij kamertemperatuur. Hierdoor oefent het water zo'n grote kracht uit dat het werkt als lijm, ontdekten de Leidse natuurkundigen drs. K.B. Jinesh en prof.dr. Joost Frenken.
Klunen
Schaatsen doe je op ijs. Maar het is het laagje water tussen de schaatsijzers en het ijs dat ervoor zorgt dat de wrijving laag is en dat je lang kunt doorglijden. Wie ooit heeft moeten klunen, weet dat je je schaatsen vernielt als je ergens anders schaatst dan op ijs. Jinesh en Frenken van het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde (LION) vroegen zich af of datzelfde principe ook op nanoschaal (een miljoenste millimeter) nog zo werkt.
Nanorobotjes
Bij voldoende luchtvochtigheid condenseert waterdamp in de kleine ruimte tussen twee oppervlakken. De tip van de tastmicroscoop trekt de druppel uit elkaar tot een lange streep. Om die streep te kunnen trekken is meer kracht nodig dan wanneer het 'water' vloeibaar zou zijn. Het water blijkt zich meer als ijs te gedragen dan als water, zelfs bij kamertemperatuur.
Jinesh en Frenken doen onderzoek naar nanorobotjes, of met een mooi woord micro- en nano-elektromechanische systemen (MEMS en NEMS). Dat zijn heel kleine structuren, meestal geëtst in silicium, met kleine bewegende onderdelen. 'Het grootste probleem in het toepassen van NEMS, is het feit dat de bewegende onderdelen al na een korte tijd vast komen te zitten', zegt Frenken, 'en dat terwijl het aantal mogelijkheden sterk toeneemt: tandwieltjes, scharnieren, buigarmen, schuivende elementen: alles kunnen we maken op nanoschaal, maar zodra het moet bewegen zijn de krachten die erop werken te groot. Het gaat gewoonweg kapot.'
 |
| Een microscopische foto van het belangrijkste onderdeel van de tastmicroscoop, de TriboleverTM waarmee ontdekt is dat water zich op nano-schaal gedraagt als lijm en niet als smeermiddel. |
Tastmicroscoop
De reden dat de MEMS en NEMS zo snel vastlopen, is dat op nanoschaal water niet meer nat en glibberig is. Het wordt een vaste en plakkerige substantie. Dit hebben Jinesh en Frenken recent ontdekt door twee oppervlakken heel dicht bij elkaar te brengen. De waterdamp in de lucht tussen de twee oppervlakken condenseert in een druppel. Door aan die druppel te trekken met een tastmicroscoop ontdekten de twee wetenschappers dat het water zich meer gedraagt als ijs dan als water. Het werkt daarmee eerder als lijm dan als smeermiddel. Deze ontdekking staat in schril contrast met eerder onderzoek, waaruit geconcludeerd werd dat water ook op nanoschaal als smeermiddel gebruikt kan worden.
Voorpaginanieuws
De opmerkelijke ontdekking van Jinesh en Frenken heeft veel aandacht getrokken van collega's uit de hele wereld. Frenken: 'Zodra ons onderzoek een week geleden gepubliceerd werd in Physical Review Letters, stroomden de e-mails binnen.' De ontdekking is de afgelopen dagen voorpaginanieuws geweest op de Amerikaanse nieuwssites physicsweb.org en physorg.com.
Links
- Meer informatie, foto's en filmpjes op de website van de onderzoekgroep van Frenken
- Zie ook het interview met Marlijn van Spengen, die ook onderzoek doet naar MEMS en NEMS in de nieuwsbrief van 21 maart 2006
(9 mei 2006/SH)