Bongaerts gebruikte in zijn onderzoek röntgenstraling om een dunne vloeistoflaag door te lichten. In zijn experiment laat hij röntgenstralen in het laagje heen en weer kaatsen. Uit het patroon dat daarbij ontstaat kan hij afleiden hoe snel deeltjes in de vloeistof bewegen. Dat zegt weer iets over hoe goed de vloeistof smeert. Maar voor er verbeterde smeerolie uit het onderzoek komt is er nog veel te doen.
Golflengte
De moleculen in een vloeistof zijn zo klein, dat zichtbaar licht niet genoeg is om ze te bekijken. Dat komt door het golfkarakter van licht. Je kunt namelijk geen voorwerpen scherp in beeld krijgen die kleiner zijn dan de golflengte van je lichtbron. De golflengte van zichtbaar licht ligt tussen de 400 nm (violet) en 700 nm (rood). Eén nanometer is één miljoenste meter. Moleculen hebben een grootte van enkele nanometers en zijn dus veel te klein om met zichtbaar licht te onderzoeken.
Röntgenstraling
Bongaerts gebruikte röntgenstraling, dat een veel kleinere golflengte heeft dan zichtbaar licht – in dit experiment maar 0,09 nm. Maar röntgenstraling brengt zijn eigen setje problemen met zich mee. Het is heel energierijke straling, die makkelijk door materie heenreist. Er is dus veel van nodig om een goed beeld van iets duns als een laagje vloeistof te krijgen. Met zichtbaar licht zou je lenzen gebruiken om het licht te bundelen waar je het nodig hebt. Dan kun je uit een zwakke lichtbron toch het uiterste halen.
Röntgenstraling is niet zo makkelijk in de omgang. Bongaerts wist er toch iets op te vinden. Hij verlichtte niet zomaar een vloeistof, maar een met deeltjes van sterk verschillende grootte. In zijn vloeistoffen loste hij namelijk colloïden op, een verzamelnaam voor deeltjes die veel groter zijn dan de moleculen in de rest van de vloeistof. Die ‘reuzen’ waren beter te volgen met röntgenstraling, omdat ze er meer van verstrooiden.
Recyclen
In plaats van zijn bundel röntgenstraling maar één keer door de vloeistof heen te sturen, richtte hij zo, dat de bundel schuin de vloeistof inging. Net zoals een lichtstraal niet uit de wanden van een glasvezel kan komen en door de vezel naar het einde moet reizen, werd de röntgenstraling in de dunne vloeistoflaag gevangen. Doordat de bundel zichzelf telkens tegenkwam, trad er interferentie op. De bundel versterkt en verzwakt zichzelf. Aan het uiteinde van de vloeistoflaag is dat op een scherm te zien als een patroon van heldere en donkere vlekken.
Schema van de gebruikte proefopstelling. Van links valt röntgenstraling op de dunne vloeistoflaag. Die zit tussen twee plaatjes opgesloten. In de vloeistof interfereert de straling met zichzelf. In dat patroon is ook de beweging van de colloïden te zien. bron: Jeroen Bongaerts
Uit de manier en snelheid waarmee dat patroon verandert kon Bongaerts afleiden hoe snel zijn colloïden door de vloeistof bewogen. Bij sommige afstanden bleek die snelheid ineens in te zakken. Dat komt omdat de colloïden door een hele zee van kleinere deeltjes moeten worstelen. Als die zee niet makkelijk uit de weg kan bewegen omdat de wanden te dichtbij zijn, vertraagt de stroming. Ook elektrische lading op de wanden kan deeltjes vasthouden, zodat ze niet vrij kunnen bewegen.
Geladen deeltjes in de vloeistof reageren op electrische lading in de wanden. Hier is de wand bedekt met positieve en negatieve ladingen, weergegeven als toppen en dalen. Het deeltje zit liever in een ‘put’ dan op een ‘heuvel’. bron: Jeroen Bongaerts
Dr. Bongaerts geeft toe dat hij met zijn resulaten nog geen perfect model van smering heeft. Maar hij weet al wel hoe hij daarnaar op jacht gaat. Door de wanden waartussen de vloeistof gevangen zit langs elkaar te bewegen, krijgt hij een idee van de wrijving die de vloeistof opwekt. Hopelijk zal dat onderzoek gladjes verlopen.