Je leest:

Plakkerige atomen

Plakkerige atomen

Nieuwe manier ontwikkeld om Vanderwaalskrachten te bestuderen

Auteur:

Een Nederlandse natuurkundige aan de Amerikaanse universiteit van Arizona heeft één van de belangrijkste krachten op de nanoschaal, de Vanderwaalskracht, op een nieuwe manier gemeten. Hij stuurde een straal atomen door een minuscuul hekwerkje. Atomen die in de buurt van de spijlen van het hekje kwamen, bogen af door de Vanderwaalskracht. Hoe meer ze afbogen, hoe sterker de kracht. Dat is nuttig om te weten bij het ontwerp van machinerie op nanoniveau.

Vanderwaalskracht is eigenlijk een heel breed begrip: veel atoom-atoom interacties waar geen echte binding aan te pas komt, vallen onder deze verzamelnaam. Ze spelen voornamelijk een rol op de nanoschaal, als de atomen enkele nanometers van elkaar af zitten. Maar dan is het ook gelijk een belangrijke speler in het veld. Elk atoom kan aan elk ander atoom vastplakken, mits ze dicht genoeg bij elkaar in de buurt zitten. Bij het ontwerpen en maken van machines op nanoniveau speelt de Vanderwaalskracht een grote rol. Het is bijvoorbeeld de reden dat gekko’s ondersteboven aan het plafond kunnen hangen.

Medium
Schematische afbeelding van een klein atoom. Hoe zwaarder het element, hoe meer elektronen het bezit. Die gaan dan als de schillen van een ui steeds in een nieuw baantje rond de kern bewegen.

Je kunt het je voorstellen als heel zwak magnetisme, dat echter niet alleen met metalen werkt maar voor alle atoomsoorten. Dus als jij een nanorobotje zou zijn, dan zou je onder invloed van de Vanderwaalskrachten aan de tafel vastplakken, aan je stoel, aan de vloer, enzovoorts. Voor nanowetenschappers is het dus belangrijk dat ze precies weten hoe de Vanderwaalskrachten op hun nanostructuren inwerken.

Small
De ontdekker van de Vanderwaalskrachten, de Leidse professor Diderik van der Waals. Hij kreeg een Nobelprijs voor zijn werk in 1910.
Nobel foundation

De meeste Vanderwaalsinteracties worden veroorzaakt doordat elk atoom uit een kleine positief geladen kern bestaat, waar een wolk van veel kleinere negatief geladen elektronen omheen zweeft. Die elektronenwolk is ‘vervormbaar’, dus als die in de buurt van de elektronenwolk van een ander atoom komt, schuiven de elektronen als het ware naar de andere kant van hun atoom. Ze kunnen soms zelfs binnen het molecuul waar het atoom deel van uitmaakt aan de wandel gaan. Hierdoor ontstaat een dipool, een molecuul dat aan de ene kant positiever geladen is dan aan de andere kant. Hierdoor trekken beide atomen elkaar aan en voilá: Vanderwaalskracht.

Omdat het oppervlak van de atomen, die elektronenwolk, vervormt tijdens de interactie, hadden natuurkundigen altijd een beetje een hekel aan de Vanderwaalskracht. Zij werken immers graag met modellen van perfect ronde bolletjes waar je relatief gemakkelijk aan kunt rekenen. Maar natuurkunde promovendus Vincent Lonij liet zich hier niet door uit het veld slaan. Aan de website Physorg.com legt hij uit dat hij als Nederlander graag aan deze kracht wilde werken, omdat die ook naar een Nederlandse natuurkundige vernoemd is: Johannes Diderik van der Waals.

Small
Helemaal links zie je de Nederlandse promovendus die de methode ontwikkelde.
Universiteit van Arizona

Lonij maakte gebruik van het quantummechanische principe dat deeltjes zich ook als golf kunnen gedragen. Hij schoot een stroom deeltjes op een traliewerkje af. Sommige deeltjes vlogen vlak langs de tralies van het hekje en haddden een Vanderwaalsinteractie met de atomen van die tralie. Daardoor veranderde hun golfpatroon een heel klein beetje en dat kun je meten, publiceerde Lonij in het wetenschappelijke tijdschrift Physical review letters.

Door verschillende soorten atomen op deze wijze te meten, lukte het de onderzoeksgroep om een referentielijst te maken. Aan de hand van de meetresultaten aan bekende atomen, lukte het in 98% van de gevallen ook onbekende atomen te identificeren. Verder bewezen de wetenschappers dat elektronen die dichterbij de kern rondzweefden, ook meehielpen bij de Vanderwaalsinteracties. Lonij: “Theoretisch was dat al wel aannemelijk, maar nu hebben we het ook experimenteel aangetoond.”

Zie ook:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/nanotechnologie/index.atom?m=of", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 18 januari 2011

Discussieer mee

0

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

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE