ALS BASIS VOOR VERVEN EN COMPOSIETEN: NEEM LANGE BUCKYBUIZEN

Voorlopig zijn ze nog tien keer duurder dan goud, maar als ze ook maar enigszins voldoen aan de hooggespannen verwachtingen, dan gaan de koolstof buckybuisjes een gouden toekomst tegemoet in allerlei supersterke en lichte materialen. Tijdens een onlangs in Alaska gehouden conferentie werd er niet alleen gezocht naar oplossingen voor de problemen waar men mee is geconfronteerd maar werden ook een aantal mooie resultaten gepresenteerd (Nature, 20 mei 1999). Net als glasvezels worden koolstofvezels natuurlijk al lang toegepast in zogenaamde composieten. Wanneer deze dunne naaldjes worden opgenomen in een matrix van een polymeer als polypropyleen of epoxyhars, ontstaat een materiaal dat stijver is en veel beter bestand tegen breuk. Omdat composieten bovendien veel lichter zijn dan staal en andere metalen, vormen ze een goed alternatief voor toepassing in vliegtuigen en auto's. Potentieel ligt er dus een enorme markt open.

Nu zijn aan de verwerking van `gewone' composieten nadelen verbonden. Zo zijn de standaardtechnieken waarop plastics worden verwerkt tot ingewikkelde vormen – zoals het spuitgieten – vaak niet zonder meer te gebruiken. Door de aanwezigheid van de vezeltjes stroomt het vloeibare plastic namelijk niet goed meer. Alleen door korte vezeltjes te nemen, valt er nog wat te bereiken. Maar hoe kleiner de lengte-diameter verhouding van zo'n vezel, des te minder hij bijdraagt aan de versterking van de composiet.

Een ander probleem vormt de hechting tussen vezel en matrix. De belasting moet van de matrix kunnen worden overgedragen op de vezels en dat kan niet wanneer deze zomaar in en uit kunnen glijden. Koolstofvezels moeten daarom worden geoxideerd voordat ze kunnen worden verwerkt. Tenslotte is er het probleem bij het verven van het materiaal. In een moderne autofabriek gebeurt dat door de verfdeeltjes een lading mee te geven, waardoor ze aangetrokken worden door de carrosserie. Zolang deze van metaal is, wordt de lading netjes afgevoerd, maar bij een composiet gaat dat veel moeilijker waardoor de verf niet homogeen aangebracht wordt.

Buckybuizen vormen een goed alternatief: het zijn immers moleculen met een diameter van een paar Ångstrom, maar een lengte van vele microns (een duizendste millimeter): dat zijn ongekend hoge lengte-diameter verhoudingen. Bovendien zijn ze geleidend waardoor het verven sowieso geen probleem vormt. Sterker nog, ze worden al toegevoegd aan gewone composieten om het aanbrengen van de verflaag te verbeteren.

Een andere onverwachte eigenschap van de buisjes kwam onlangs uit computersimulaties naar voren. Wanneer er sterk aan ze wordt getrokken, gaan ze niet kapot, maar vervormen ze. Het is precies zo'n deformatie die natuurlijke materialen als hout zo taai maakt. Wat een succesvolle toepassing nu nog wel in de weg staat is de slechte hechting van buckybuisjes in de matrix. De meest veelbelovende oplossing is ze chemisch aan de buitenkant te veranderen. Dat is niet eenvoudig, maar er is inmiddels genoeg ervaring opgedaan met de buckyballen. Die laatste zijn trouwens een slecht voorbeeld voor wat betreft niet ingeloste verwachtingen. Enige voorzichtigheid is dus wel op zijn plaats.

(Rob van den Berg)