Je leest:

Boenwas en goud

Boenwas en goud

Auteur: | 19 december 2006

Tussen het glimmende staal van uiterst precieze meetapparatuur staan wat flessen boenwas, er liggen wikkels van chocoladerepen en wat gruis uit een goudmijn. Er is heel wat voor nodig om de geheimen van alledaagse producten te achterhalen.

Neem de boenwas. Als er een laagje was op een houten vloer wordt aangebracht, moet dat goed blijven hechten. Althans aan de onderkant. Aan de bovenkant van zo’n waslaagje mag het vuil juist niet blijven kleven. Ook moet de laag hard zijn en bestand tegen slijtage. ‘Hoe goed de fabrikant ook zijn best doet, de buitenste laag zal na enige tijd zijn afgesleten en het vuil kan weer blijven plakken,’ legt Hidde Brongersma uit. Hij is hoogleraar aan de Technische Universiteit Eindhoven, gespecialiseerd in het onderzoeken van oppervlaktelagen. ‘Het is de kunst om ervoor te zorgen dat de waslaag zichzelf herstelt. Als de beschermende buitenste laag verdwenen is, moeten bepaalde moleculen zich naar boven bewegen en de plaats innemen van hun verdwenen soortgenoten. Het oppervlak blijft veel langer glimmen door dit proces. Als het een goede was is tenminste. Want dat is precies het verschil tussen slechte en goede was.’

Hoe maak je een goede boenwas? Tot nu toe probeerden boenwasfabrikanten eindeloos allerlei verschillende mengsels uit. Dat betekent dat je steeds bezig bent om testvloeren in te smeren om vervolgens te kijken hoe de boenwas zich houdt als erop gelopen wordt. Dat kost veel tijd. Handiger is het om te bestuderen hoe de verschillende moleculen zich aan het oppervlak gedragen. Dan weet je van tevoren of de was sterk genoeg is. Dat is precies wat Brongersma doet, in opdracht van een grote boenwasfabrikant. Met uiterst precieze meetapparatuur maakt hij met zijn medewerkers zichtbaar hoe snel het buitenste oppervlak van de waslaag zich herstelt als er iets van af is gesleten.

Een oppervlak beschieten met ionen. De manier waarop die na botsing met atomen aan het oppervlak terugkomen, vertelt hoe de buitenste laag van het oppervlak is samengesteld.Bron: Picture Report

Schieten op boenwas

De onderzoeksgroep van Brongersma ontwikkelde de zogeheten Low Energy Ion Scattering methode. Dat is een manier om af te tasten. Het oppervlak wordt bestookt met ionen. Dat zijn atomen die minstens één elektron te weinig of te veel hebben. Daardoor zijn ze elektrisch geladen en kun je ze met behulp van een elektrisch veld meten, bijvoorbeeld om te kijken waar ze blijven als ze op een oppervlak botsen. Uit de manier waarop de ionen terugkomen, kan worden afgeleid waaruit het buitenste oppervlak bestaat. Op die manier kun je zien hoe het oppervlak er onder allerlei omstandigheden uitziet. Zo kun je bijvoorbeeld het herstel van de waslaag bestuderen als het oppervlak beschadigd raakt.

Het is een opvallende techniek die Brongersma ontwikkelde. Hij trok daarmee wereldwijd de aandacht. Talloze praktische problemen blijken ermee geanalyseerd te kunnen worden, zoals het dof worden van de gouden glans op de verpakking van chocoladerepen. ‘De gouden glans op de wikkel is er niet alleen voor het mooie,’ legt hij uit. ‘Het is de bedoeling dat de winkelverlichting erin weerkaatst. Dan glimt die wikkel in het schap en is er net iets meer kans dat een klant juist die reep pakt.’

Het maken van de goudglans – waarvoor geen goud maar een koperverbinding wordt gebruikt – is echter een ingewikkelde zaak. Daar zijn subtiele industriële processen voor ontwikkeld. ‘Toen het bij een fabrikant van wikkels voor chocoladerepen mis ging, werd ik uitgenodigd om de oorzaak op te sporen. Dan loop je eerst eens een dag door de fabriek. Je probeert te begrijpen hoe alles werkt. Niemand kan je dat precies vertellen, want dit soort industriële processen zijn vooral op ervaring gebaseerd.’ Na eindeloos uitproberen en aan de knoppen draaien, hebben de bouwers van de fabriek uitgevonden hoe ze het moeten doen, zonder dat ze exact weten waarom. ‘Het proces is meestal ook niet in detail bekend. Veel kennis is ook in de loop van de tijd verloren gegaan, omdat de oorspronkelijke ontwerpideeën nooit zijn opgeschreven. Als natuurkundige wil je dat nu juist wél weten. Dat is de manier waarop je de oorzaak van een fout kunt opsporen.’

‘Als je iets van de machines begrijpt, neem je een aantal wikkels mee naar je eigen laboratorium, om het oppervlak te bestuderen. Het probleem met de goudglans bleek met oppervlakonderzoek opgelost te kunnen worden.’

Opstelling in Eindhoven om met ionen de samenstelling van oppervlakken te achterhalen. Dit is een monstertafeltje in het hart van het apparaat. Bron: Calipso BV

De analysetechniek van Brongersma heeft ook zijn waarde bewezen bij het zoeken naar écht goud. Uit sommige goudmijnen komt gruis naar boven, waarin af en toe uiterst kleine hoeveelheden goud zitten. Het is natuurlijk de kunst om de goede stukjes gruis van de rest te scheiden. ‘Het blijkt dat goudverbindingen vooral aan het oppervlak van zo’n korreltje zitten,’ aldus Brongersma. ‘Dat komt door de manier waarop de gesteentes ooit gevormd zijn. Wij hebben het oppervlak van verschillende stukjes gruis gemeten. Door een speciale oppervlaktebehandeling van dit gruis kan er voor gezorgd worden dat het niet door water bevochtigd wordt. Als je het gruis dan in het water gooit, blijft het goede gruis op het water drijven. Je hoeft het dan alleen nog maar af te romen. Het is hierbij erg belangrijk dat je een heel gevoelige detectiemethode voor oppervlakken hebt. Je kan dan helpen bij het vinden en winnen van goud op plaatsen die anders afgeschreven zouden zijn.’

Dit artikel is een publicatie van Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM).
© Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 19 december 2006

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.