U bent hier: Home / Nieuws / Afwisselen tussen water afstoten of aantrekken

Afwisselen tussen water afstoten of aantrekken

Sommige oppervlakken worden gelijkmatig nat, andere zijn waterafstotend. Onderzoekers van de KU Leuven, de Technische Universiteit Wenen en de Universiteit Zürich ontdekten een robuust oppervlak waarvan het waterafstotend karakter gewijzigd kan worden in wateraantrekkend – of weer omgekeerd – door een elektrische spanning. Dit onderzoek verscheen op de cover van het tijdschrift Nature.

Wanneer regen op een lotusblad valt, rollen de waterdruppels gewoon van het blad zonder het te bevochtigen - dankzij de bijzondere structuur van het blad. Ook kunstmatige materialen kunnen waterafstotend gemaakt worden, maar het is veel moeilijker om een oppervlak te creëren waarvan je het waterafstotend karakter kan veranderen. Een onderzoeksteam van KU Leuven, de Technische Universiteit Wenen en de Universiteit Zürich heeft nu een oppervlak gemaakt dat zo gemanipuleerd kan worden dat men kan omschakelen tussen waterafstotend en klevend.

“Ons oppervlak van boornitride is één enkele atoomlaag dik en bestaat uit evenveel atomen boor als stikstof“, verklaart Thomas Greber van het Fysica-Instituut van de Universiteit Zürich. “Deze ultradunne laag kan gevormd worden op een rhodiumoppervlak. De atomen in het rhodiumoppervlak en in het boornitride vormen een zeshoekig patroon, maar de beide kristallen passen niet perfect samen. Door deze afwijking neemt het boornitride een gegolfde structuur aan.”

“Precies deze golf beïnvloedt de waterafstotende eigenschappen van het oppervlak“, zegt Stijn Mertens. “De golfstructuur van boornitride kan echter opgeheven worden door een eenvoudige ingreep: door het materiaal in zuur onder te dompelen en een elektrische spanning aan te leggen dringt waterstof onder het boornitride en de binding tussen stikstof en rhodium wordt verbroken. Dit maakt boornitride vlak: de statische wrijving neemt af en het oppervlak wordt sterker waterafstotend. Wanneer de elektrische spanning kleiner gemaakt wordt, keert het effect weer om. We kunnen het oppervlak telkens opnieuw tussen beide toestanden schakelen.”

Er bestonden al concepten die toelaten de bevochtiging van een oppervlak om te schakelen. Zo kunnen bijvoorbeeld organische moleculen op een oppervlak aangebracht worden die hun vorm wijzigen onder invloed van bepaalde lichtkleuren. Dergelijke moleculen zijn echter complex en fragiel. “Ons oppervlak bestaat uit één enkele atoomlaag, is volledig anorganisch en blijft onveranderd zelfs wanneer we het tot 1000 °C in vacuüm verhitten“, beamen Mertens en Greber. “Dit betekent dat je dit materiaal kan gebruiken voor toepassingen waarbij organische moleculen veel vroeger stuk zouden gaan, zoals bijvoorbeeld in de ruimtevaart.“

Contact:

Doctor Stijn Mertens, Departement Chemie, Afdeling Moleculaire Visualisatie en Fotonica en TU Wien, Institut für Angewandte Physik, tel: +43 1 58 80 11 34 74 of +43 664 60588 3473 (mobiel), e-mail: stmerten@gmail.com.
Professor Steven De Feyter, Departement Chemie, Afdeling Moleculaire Visualisatie en Fotonica, gsm: +32486 98 64 41, e-mail: steven.defeyter@kuleuven.be 

Meer info: 
Dit onderzoek werd gerealiseerd met steun van het FWO-Vlaanderen. De volledige tekst van de studie "Switching stiction and adhesion of a liquid on a solid” door Stijn F. L. Mertens, Adrian Hemmi, Stefan Muff, Oliver Gröning, Steven De Feyter, Jürg Osterwalder, Thomas Greber is beschikbaar op de website van het wetenschappelijke tijdschrift Nature, doi:10.1038/nature18275.

Illustraties zijn beschikbaar bij de onderzoekers.