Vellen van nanobuisjes vormen oersterk nieuw materiaal

Amerikaanse onderzoekers hebben meterslange vellen van nanobuisjes vervaardigd die uiterst dun zijn, doorzichtig en sterker dan staal. Mei Zhang en Ray Baughman van de Universiteit van Texas hebben de vellen van nanobuisjes verhit en tussen twee dunne platen van plexiglas geplakt en daarmee aangetoond dat het materiaal geschikt is om autoruiten te maken die transparant zijn en toch makkelijk te verwarmen. Ze toonden ook aan dat de platen gepolariseerd licht uitzenden als ze worden verwarmd. Er zijn tal van andere toepassingen voor dit soort oersterke weefsels van nanobuisjes zoals flexibele beeldschermen, elektronische sensoren en zelfs kunstmatige spieren (Science, 19 augustus).

De nanobuisjes die de Amerikanen gebruiken zijn holle buisjes van meerdere laagjes opgerold grafiet met een diameter van tien nanometer (een miljoenste millimeter). Individuele nanobuisjes hebben bijzondere eigenschappen; ze zijn sterk en geleiden makkelijk stroom, maar ze zijn ook duur om te vervaardigen en zo klein dat er miljarden nodig zijn om toepassingen op menselijke schaal te realiseren.

Mei Zhang en zijn collega's ontwikkelden een chemisch proces waardoor ze nanobuisjes op een oppervlak dicht bij elkaar konden laten groeien, rechtopstaand als kale boomstammen in een bos. Dit `buisjesbos' ontstaat door chemische dampdepositie, een proces waarin losse koolstofatomen (onder verhitting losgemaakt uit het gas acetyleen) met behulp van een katalysator recombineren tot nanobuisjes.

De onderzoekers brachten aan de zijkant van het bos een plakstrip aan, ze vergelijken die zelf met het kleefrandje van een velletje Post-it. Door met de hand aan de plakstrook te trekken slaagden de onderzoekers erin om met een snelheid van één meter per minuut 5 centimeter brede stroken te trekken, waarin de nanobuisjes grotendeels parallel naast elkaar liggen. Door het trekken te automatiseren (en de nanovellen op te rollen op een plastic cilinder) bleek het mogelijk de productiesnelheid op te voeren tot 5 à 10 meter per minuut. Vellen van nanobuisjes die worden getrokken van een bos van nanobuisjes met een hoogte van 0,245 millimeter hebben een dikte van 50 nanometer nadat ze zijn vastgeplakt op een substraat (glas of goud bijvoorbeeld), ondergedompeld (in ethanol) en weer losgetrokken. De stijfheid en sterkte van het materiaal is volgens de onderzoekers vergelijkbaar met die van ultrasterk staal.

    • Michiel van Nieuwstadt