Trillende nanobuizen

Onderzoekers in Atlanta vonden een methode om koolstof nanobuizen als een vioolsnaar te laten trillen en daaruit hun sterkte te bepalen.


Holle koolstofbuisjes met een diameter van enkele tientallen nanometers zijn ongelooflijk sterk (zie N&T 11-98). De regelmatige structuur van de koolstofatomen zorgt voor een minuscuul draadje dat sterker is dan welk materiaal ook. Voorheen probeerde men de mechanische eigenschappen van de minuscule buisjes te meten door ze met een naald te vervormen. Onderzoekers van het Georgia Institute of Technology in Atlanta vonden een betere methode. Ze voorzagen de buisjes van een elektrische lading. Een elektrisch veld oefent dan een kracht op de buisjes uit, zodat die buigen. Dat konden ze onder een transmissie-elektronenmicroscoop bekijken.

De onderzoekers brachten nanobuisjes aan op een gouddraad, die ze op een elektrisch isolerend substraat vastmaakten. Op enkele micrometers van de gouddraad plaatsten ze een elektrode. Een elektrische spanning tussen gouddraad en elektrode zorgt voor een elektrische kracht op de nanobuis, zodat deze vervormt. Zelfs na een sterke buiging springen ze terug in hun oorspronkelijke vorm. Op de schaal van een tuinslang kun je ze buigen tot een cirkel met een doorsnede van een paar centimeter zonder dat ze breken of beschadigen.

Vioolsnaar
Door een wisselspanning aan te leggen, lieten de onderzoekers de nanobuizen als een vioolsnaar trillen. Foto A (niet op internet) toont een nanobuis met een diameter van 14,5 nanometer en een lengte van 6,25 micrometer, zonder dat een elektrische potentiaal is aangelegd. De zichtbare trilling van het buisje is thermische vibratie. Door nu een wisselspanning met de juiste frequentie aan te leggen, komt de nanobuis in resonantie: hij gaat meetrillen. In foto B (niet op internet) is de grondtoon van de nano-vioolsnaar te zien, die wordt bereikt bij een frequentie van 530 kilohertz. Dat is ruim boven de gehoordrempel van de mens, die op ongeveer 20 kilohertz ligt. Foto C (niet op internet) toont de tweede harmonische van de snaar, met een frequentie van 3,01 megahertz.

Een resonantiefrequentie kun je heel precies bepalen. Het is die frequentie waarbij de nanobuis het sterkst trilt. Uit die informatie berekenden de onderzoekers de stijfheid, of beter gezegd, de elasticiteitsmodulus, van de nanobuizen.

PB

Over de auteur

Redactie NS



Plaats een reactie