NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2014/nanomaterialen-gedwongen-tot-ultrasnel-tetris-nr-75/

Geprint op :
19 december 2018
14:11:39

Koolstofatomen kunnen zich ultrasnel en grillig opstapelen. Dat hebben wetenschappers van FOM-instituut DIFFER gezien in experimenten met intense bombardementen van geladen deeltjes. De stapeling van koolstofatomen leidt tot poreuze structuren en heeft wel wat weg van een spelletje Tetris op de snelste stand.

De vergelijking met Tetris komt niet uit de lucht vallen. Volgens de onderzoekers krijgen de atomen net als in het computerspel te weinig tijd om zich te rangschikken. In het plasma-experiment Pilot-PSI is de bundel geladen deeltjes, het plasma, zo intens dat elk koolstofatoom in het beschoten oppervlak elke microseconde wel een keer een tik krijgt van de inslaande waterstofkernen en elektronen. Er is geen tijd om die energie weer kwijt te raken. Het materiaal blijft daardoor beweeglijk en wringt zich in unieke vormen.

Ultrasnel Tetris veroorzaakt holtes
Het plasma duwt weggeslagen koolstofatomen snel weer terug naar het materiaal. De atomen zoeken bij voorkeur onregelmatigheden in het oppervlak op, omdat die het lokale elektrische veld verstoren. De koolstofatomen komen zo snel neer dat ze geen tijd hebben om zich diep in het materiaal te nestelen. Daardoor groeien ze aan op uitsteeksels. Zo ontstaan er, net als bij een te snel spelletje Tetris, pieken en holtes.

CO2-opslag
Tijdens de experimenten vonden de onderzoekers onder andere een sponsachtig netwerk van micrometers groot met daarin regelmatige holtes op nanoschaal. Omdat zo'n netwerk extreem snel gegroeid is, sluiten de atomen niet perfect op elkaar aan. Op de open plekken is plaats voor nieuwe atomen of moleculen. De wetenschappers onderzoeken inmiddels of ze het broeikasgas koolstofdioxide in de open plekken kunnen opslaan. Ze willen dan eerst stikstof door het materiaal leiden. Dat bindt goed met zowel de koolstofatomen als met het koolstofdioxidegas.

Computermodellen
Met de extreme plasma's kunnen de onderzoekers ook computermodellen voor moleculaire dynamica testen. Tot nu toe lagen de modellen en de werkelijkheid altijd ver uit elkaar. De modellen zijn simpeler dan de werkelijkheid omdat anders de rekentijd uit de klauwen loopt. Zo gaat het in de modellen om weinig atomen en veel botsingen. En laat dat nou precies lijken op wat er in Pilot-PSI gebeurt. De onderzoekers hopen dan ook dat ze nu eindelijk model en werkelijkheid dichter bij elkaar kunnen brengen.