Bellen blazen op nanoschaal

Nanobelletjes die ontstaan aan een oppervlak onder water, plaatsen wetenschappers voor een raadsel. Eigenlijk kunnen ze niet bestaan, maar toch blijven ze uren intact. Ondanks dit mysterie, is het ontstaan van de belletjes wel degelijk te sturen, aldus promovendus Shangjiong Yang van de Universiteit Twente. De belletjes zijn dan bijvoorbeeld te gebruiken om de stromingsweerstand van vloeistoffen te verlagen. Yang promoveert op 9 oktober aan de faculteit Technische Natuurwetenschappen.

Een waterafstotend materiaal dat in water is ondergedompeld, kan aan het oppervlak nanobelletjes hebben: extreem kleine luchtbelletjes met een doorsnede van vijftig tot tweehonderd nanometer en een dikte van vijf tot twintig nanometer. De belletjes zijn zo klein dat ze niet eens met een normale microscoop zijn waar te nemen en zijn daarom pas enkele jaren geleden ontdekt.

Volgens bestaande theorieën zouden de belletjes eigenlijk niet kunnen bestaan; de druk in de belletjes is zo groot dat het gas er binnen een fractie van een seconde uitgedrukt zou moeten worden. Waarom de belletjes toch urenlang intact blijven is nog onbekend.Als je de vorming en de eigenschappen van de belletjes kunt beheersen, komt er een scala aan toepassingsmogelijkheden in beeld. De belletjes verlagen bijvoorbeeld de wrijvingsweerstand van stromende vloeistoffen, waardoor ze kunnen dienen als ‘luchtsmering' in zeer kleine vloeistofkanaaltjes. Dit is praktisch bij de ontwikkeling van zogeheten labs-on-a-chip,
laboratoriumopstellingen die zijn verkleind tot de grootte van een chip. Voordat de belletjes hier toegepast kunnen worden, moeten we ze echter beter begrijpen en ze kunnen laten ontstaan op de plaats waar we dat willen.

Productie van nanobelletjes

Yang toonde aan dat elektrolyse een betrouwbare methode is voor de gecontroleerde productie van nanobelletjes. Hij ontdekte hoe je met elektrische spanning de vorming en de grootte van de belletjes kunt sturen. Verder onderzocht de promovendus enkele fundamentele eigenschappen van de belletjes. Om ze te kunnen gebruiken moet je ze immers begrijpen. Daarom bracht hij onder andere de invloed van de temperatuur, de gasconcentratie, de ruwheid van het oppervlak en de manier van oppervlaktebehandeling op de vorming van de belletjes in kaart. Tijdens dit onderzoek maakte Yang gebruik van een Atomic Force Microscope (AFM). Dit is een microscoop die met een piepklein naaldje, op dezelfde manier als een platenspeler, een oppervlak aftast en hoogteverschillen waarneemt. Het naaldje werd tijdens het onderzoek niet alleen gebruikt om de contouren van de belletjes in kaart te brengen, maar ook om de belletjes te manipuleren.

Meer over Nanotechnologie

bron: TU Twente