Nanodeeltjes maken met een afwastruc

Amsterdamse chemici hebben een simpele methode ontdekt om piepkleine metaaldraadjes te maken. Ordinaire zeep helpt de high-tech vooruit...

Ze is al jaren veelbelovend, de nanotechnologie, maar nog steeds zijn voor de productie van de ragfijne structuurtjes in kwestie vaak grote apparaten nodig. Zoals de enorme, trillingsvrije lithografiemachines die worden gebruikt om kleine patronen in chips te etsen.

'Nanotechnologie zal pas echt onderdeel worden van ons dagelijks leven als zulke componenten massaal en goedkoop kunnen worden gemaakt', zegt dr. Gadi Rothenberg, chemisch onderzoeker, in zijn laboratorium bij de universiteit van Amsterdam.

Dus is hij met collega's op zoek naar een manier om minuscule metalen draadjes op een zo simpel mogelijke manier te bereiden. Over een paar weken publiceren zij in het blad ChemPhysChem een artikel waarin zij beschrijven hoe ze, gewoon met zeep en water, buisjes maken waarin zij minuscule flarden van bijvoorbeeld zilver, goud en koper vangen. Die metaaldeeltjes kunnen vervolgens worden gebruikt als leidingen in chips, of als katalysator bij chemische reacties.

'Ik was bezig met metalen, en Erika was twee deuren verderop bezig met die buisvormige structuren', zegt Rothenberg. 'Dus dachten we: kunnen we dat niet combineren?'

Erika is dr. Erika Eiser, een Duitse collega van de Israëliër Rothenberg. Haar buisjes zijn in feite uitgerekte zeepdeeltjes, ofwel micellen. Normaal zijn die bolvormig, maar aan de oplossing toegevoegde alcoholmoleculen breken de ballen open en strekken ze uit tot langwerpige structuren.

Ze laat een flesje van het spul in oplossing zien, een doorzichtige, honingachtige gel. 'In een lage concentratie vormen de buisjes een soort gekookte spaghettikluwen, maar als je de concentratie opvoert ontstaan parallelle structuren. Zoals spaghetti in een pak.'

De micellen hebben als eigenschap dat ze aan de ene kant aangetrokken worden door water en aan de andere kant door organische stoffen, zoals olie of vet. Door die 'staarten' bij elkaar te steken ontstaat een soort holte, waar, in afwaswater bijvoorbeeld, mooi een vuiltje in past.

Rothenberg vermomt daarom zijn metaaldeeltjes als vuildeeltjes, met een waterafstotend jasje. Op die manier wordt het metaal als vanzelf opgenomen in de zeepholte.

'Normaal klonteren metaaldeeltjes samen', zegt Rothenberg. 'Op deze manier blijven ze klein.' Hij heeft het over deeltjes van tussen de 2 en 5 nanometer, ofwel twee- tot vijfhonderdduizend keer kleiner dan een millimeter. 'Dat zijn ongeveer tweehonderd atomen per deeltje.' Volgens Eiser houdt een metaal bij zo'n formaat op metaal te zijn.

'Bij die afmetingen krijgen de deeltjes andere eigenschappen, die ze zeer geschikt maken als katalysator.'

Door de lengte van de zeepmoleculen te variëren, denken de Amsterdamse onderzoekers ook de holte binnen de buisjes te kunnen veranderen. 'Om de metaaldeeltjes op maat te maken voor de juiste toepassing', zegt Rothenberg. De nanowires die hij uit zijn oplossing hoopt te kunnen halen zouden bijvoorbeeld geschikt zijn als onderdeel van een STM-supermicroscoop, waarmee de atomen in materiaal-oppervlakken zichtbaar te maken zijn. Die gebruiken een soort voelspriet om een oppervlak af te tasten, en hoe dunner die spriet, des te beter.

Voor een andere toepassing, stroomdraadjes op een chip, wil Eiser de buisjes nog verder laten groeien. Door de gel als het ware uit te rollen, komen de buisjes meer evenwijdig te liggen en worden ze langer, hoopt ze.

Daarbij is een van de problemen om de buisjes zichtbaar te maken. Eiser gaat komende week naar Grenôble, waar ze 72 uur heeft gekregen op de synchrotron, een apparaat dat met röntgenstralen haar monsters gaat doorlichten. In ploegendienst, acht uur per onderzoeker, gaan ze continu achter het apparaat zitten.

Rothenberg is daar niet bij. Hij moet naar een grote katalyse-conferentie in Noordwijkerhout, om zijn onderzoek te presenteren. Niet dit onderzoek, met de buisjes en metalen, want dat had nog geen resultaat opgeleverd toen hij zich aanmeldde voor de conferentie. 'Maar een paar sheets kunnen we er misschien wel aan wijden, aan het einde van onze presentatie.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden