'Wonderkoolstof' toont uilen en springt door muur

Het materiaal grafeen blijft maar verrassen. Straks springt het nog door een muur.

Er komt maar geen einde aan de talenten van grafeen, het wonderlijke koolstof waarmee André Geim en Konstantin Novoselov vorig jaar de Nobelprijs voor de Natuurkunde naar Nederland haalden. Het materiaal kan met elektronen jongleren, levende cellen doormeten, gassen opsporen en biologische moleculen aan zich hechten. Dat werd allemaal deze week duidelijk, in een ware eruptie van publicaties.


De mediageniekste publicatie, in Scientific Reports, komt van een Chinees-Amerikaans team dat erin slaagde van grafeen een spons te maken waarop ze minieme hoeveelheden ammoniak en stikstofdioxide lieten landen. Meet vervolgens de elektrische weerstand van de spons, en je weet of de gassen aanwezig zijn, lieten de onderzoekers zien. Dat is wellicht ooit toepasbaar in detectoren: in hun experiment maten de onderzoekers tienmaal zo lage gasconcentraties dan commerciële gasdetectoren kunnen registreren.


Organische moleculen

Aan de eveneens Amerikaanse Rice Universiteit slaagden chemici er intussen in een paar fluorescerende uiltjes, het logo van de universiteit, op grafeen te tekenen. Een bijzondere prestatie, want met de uiltjes lieten ze zien dat je op grafeen ook biologische moleculen kunt aanbrengen.


Grafeen is in feite gewoon koolstof, maar in de bijzondere gedaante van een velletje van één atoomlaag dik. Door de hechte koolstofverbindingen heeft het grafeen bijzondere elektrische eigenschappen, maar ook het nadeel dat het erg ongevoelig is voor chemische reacties. De Rice-onderzoekers omzeilden dat probleem door vlakjes grafeen te verzadigen met waterstofatomen, waarna ze er organische verbindingen aan konden koppelen, schrijven ze in Nature Communications- zoals de uiltjes, gemaakt van fluorescerende moleculen. Dat opent perspectieven voor tal van nieuwe toepassingen, denkt het team.


Een stap verder ging een Duits team donderdag in het blad Advanced Materials. De technici overwoekerden een op grafeen gebaseerde sensor met levende cellen, waarna de sensor de elektrische activiteit van de cellen zowel ruimtelijk als in de tijd met grote precisie uitlas, dankzij de robuuste eigenschappen van grafeen. Deze methode zou kunnen worden gebruikt in gehoor-, oog- en hersenimplantaten, denken de onderzoekers, die inmiddels al proberen om hun sensor te bekleden met netvliescellen uit het oog.


Surfen

Ook voor de hardere natuurkunde had het grafeen goed nieuws. Eveneens in Nature Communications beschreven Engelse fysici hoe ze voor het eerst 'golven' van elektronen waarnamen op plakjes grafeen, nadat ze die elektronen aan het grafeen hadden toegevoegd. Een belangrijke fundamentele ontdekking, want het betekent dat elektronen los over het grafeen kunnen surfen, onafhankelijk van de structuur van het grafeen zelf. Wellicht is het ooit zelfs mogelijk om bits aan informatie over grafeens bewierookte oppervlak te laten zweven.


Zelfs liefhebbers van exotische quantummechanische natuurkunde kwamen aan hun trekken. In Science lichtten Finse onderzoekers het plan toe dat ze hebben om grafeen te dwingen tot een truc die in de gewone natuurkunde helemaal niet kan: door een muur van energie springen.


Bij zogeheten 'quantum tunneling' springt een klein, subatomair deeltje dwars door een barrière, doordat deeltjes geen echte objecten zijn maar kansboogjes: er is een kans dat het deeltje aan de andere kant van de barrière opduikt, en dat is ook precies wat er gebeurt. Maar met grafeen kan het ook, volgens Mika Silanpää en collega's van de universiteit van Aalto. Het zal echter nog een paar jaar duren voor ze hun experiment, op de grens van quantummechanica en gewone natuurkunde, kunnen uitvoeren.


Wie weet wat het éénatoomsplakje koolstof uit Nijmegen nog meer in petto heeft.


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