Nieuwsbank

Schrijft, screent en verspreidt persberichten voor journalistiek, search en social media. Hét startpunt om uw nieuws wereldkundig te maken. Ook voor follow-ups, pitches en korte videoproducties.

TU Delft: Kristal Zeoliet geeft zich bloot onder laserlicht

Datum nieuwsfeit: 20-01-2000
Vindplaats van dit bericht
Bron: Razende Robot Reporter
Zoek soortgelijke berichten
Technische Universiteit Delft

Delta Online voorpagina archief service zoeken

donderdag 20 januari 2000, jaargang 32 nummer 2

rubriek: Onderzoek -- volgende artikel -- vorige artikel

Zeoliet geeft zich bloot onder laserlicht

Experimentele kronkelwegen leiden tot succes

Het mysterieuze zeoliet geeft weer een geheim prijs. Na een kronkelige speurtocht door de gangen van dit nietige kristal, kon ir. Guido Klap een aloud vermoeden aantonen. Daarvoor moest hij wel eerst een friemeltje van ééntiende millimeter op de punt van een naald lijmen.

1 Illustratie: GriPP

Onder helse omstandigheden ontstaat af en toe iets moois. In de hitte, druk en gifdamp van een vulkaan komen vaak fraaie kristalgroepen voor. Met sommige kristallen is iets vreemds aan de hand. De vulkanische dampen lijken het materiaal zo luchtig opgeklopt te hebben dat er een fijn stelsel van kanaaltjes in ontstaat.

In werkelijkheid ontstaan de kanaaltjes door de aanwezigheid van ionen of organische stoffen. De mineraloog Axel Fredrik Cronstedt ontdekte in 1756 dat de kristallen na verhitting water afgeven. Hij gaf het mineraal daarom de naam 'zeoliet', de bruisende steen. Anderhalve eeuw later merkten onderzoekers dat materiaal bepaalde chemische reacties kon versnellen. Sindsdien wordt zeoliet gebruikt voor waterontharding, het zuiveren van vloeistoffen en bij het kraken van aardolie.

Industriële zeolieten worden niet meer uit vulkanen gehakt, maar op recept gefabriceerd. Over het materiaal is dan ook al heel wat bekend. Al in de jaren dertig werd ontdekt dat het stelsel van gangen en holten ongeveer de afmetingen van moleculen heeft. ,,Zeoliet moet je zien als een moleculaire zeef'', vertelt Guido Klap, die 25 januari promoveert bij de faculteit TNW. ,,De grotere kristallen zijn pakweg honderd micrometer groot, en hebben miljarden poriën en gangen. Het totale oppervlak van deze gangen is onvoorstelbaar groot. Je moet dan denken in de ordegrootte van duizend vierkante meter per gram stof.''

Het materiaal is feitelijk een en al oppervlak, met hier en daar wat zeoliet ertussen. Dat verklaart een deel van de katalyserende werking. Chemische processen verlopen sneller als het reactieoppervlak groter is: kristalsuiker lost immers ook beter op dan een klont kandij. In kunstmatige zeolieten wordt vaak nog platina of ander edelmetaal verwerkt om de chemische prestaties te verbeteren.

Woldraadje

Klap stortte zich nu eens niet direct op de katalyserende werking van zeoliet. Omdat de nanotechnologie zo in de aandacht staat, wilde hij wel eens weten of het materiaal daar ook diensten kan bewijzen. Zijn idee klinkt simpel: gebruik de kanalen in zeoliet als kabelgoten, en je krijgt geïsoleerde stroomdraden die vrijwel ééndimensionaal zijn. Als basismateriaal nam hij daarom aluminofosfaat, een zeolietsoort die lange gangen in de lengterichting heeft.

,,Maar hoe breng je zo'n keten aan?'', vat hij zijn experimentele probleem samen. ,,Je kunt ook geen woldraadje in een smalle buis proppen zonder dat het gaat kronkelen.'' Klap besloot het zeoliet daarom als mal te gebruiken. In een vacuümkamer verdampte hij bouwstenen van de geleidende kunststof paranitroanyline, die stukje voor stukje in de lange rechte tunnels van het zeoliet werden gezogen. In de kanalen vormen de losse moleculen waterstofbruggen, en zo ontstaat er uiteindelijk één doorlopende keten.

Deze methode was al langer bekend, maar hoe het vulmechanisme precies in elkaar steekt wisten de zeolietonderzoekers niet. Klap: ,,Er werd wel altijd gedacht dat deze zeolietsoort een positieve en negatieve geladen kant heeft. De bouwstenen die ik gebruikt heb, zijn namelijk ook polair. En de losse moleculen blijken allemaal met de zelfde kant in het zeoliet te kruipen. Dat doet vermoeden dat er sprake is van een polaire aantrekkingskracht.''

Nu zijn zeolietkristal vol geleidende kunststofketens zat, had Klap een handvat om de innerlijke structuur in kaart te brengen. Hij nam het materiaal onder de loep met een volstrekt nieuwe microscopische techniek.

,,Door de lading van elk gebied in het kristal te meten, kun je de structuur ervan reconstrueren. Ik heb daarvoor een zogenaamde foto-pyro-elektrische microscoop gebruikt. Met een laser wek je een plaatselijk ladingsverschil op, dat je registreert met een ampèremeter. Zo bouw je langzaam een beeld van de inwendige structuur op.''

Verf

Dat klinkt makkelijker dan het is. Klap moest eerst zijn kristal zien te fixeren. Een paaltje van honderd micrometer dat op de punt van een elektrodenaald geplakt moest worden. ,,Dat kan een frustrerende bezigheid zijn'', erkent hij. ,,Het kost aardig wat tijd voor je dat voor elkaar hebt. En dan ben je er nog niet. Omdat het kristal transparant is, absorbeert het nauwelijks laserenergie. Je moet het dus eerst nog zwart verven. Dat deden we door het zeolietkristal in een bakje verf te dopen. Maar het kristal zat soms niet zo stevig aan de naald vast, en verdween dan in de verf.''

Het vers geplakte en geverfde kristal werd vervolgens om de tien micrometer gescand met een laserstraal, wat een kleine ladingsverschuiving veroorzaakt. Omdat zijn instrument de ladingsverdeling in het materiaal meet, kon Klap zo eindelijk aantonen dat het zeolietkristal inderdaad een positieve en negatieve kant heeft. Bovendien blijkt het kristal uit twee spiegelbeeldige helften te bestaan, iets wat nog niet bekend was.

Ook het groeiproces van kristal heeft met Klaps methode geen geheimen meer. De ontstaansgeschiedenis tekent zich af als de jaarringen van een boom. ,,Het materiaal blijkt soms uit allemaal aparte domeintjes te bestaan. Dat is voor een goede werking niet altijd wenselijk. Deze kennis kun je gebruiken om je zeolietsynthese te optimaliseren.''

Bleef er nog één vraag open staan. Klap had nu wel aangetoond dat zijn kristal geladen is, maar dat kan de aantrekkingskracht op de kunststofdeeltjes niet verklaren. De kunststof wordt namelijk ook geabsorbeerd bij hoge temperatuur. Maar boven de zestig gradenCelsius verliest het zeoliet zijn polaire toestand. Toch trekken de kunststofbouwstenen ook dan netjes kop-aan-staart het kristal in.

Duwtje

,,Het moest dus wat anders zijn'', stelt Klap vast. De onderzoeker denkt nu dat de buitenkant van het zeoliet hierbij een rol speelt. ,,De molecuulgroepen aan de uiteinden van de kanalen hebben ook een grote invloed. Ik heb dat bij zeolieten met verschillende groepen uitgeprobeerd, en die experimenten lijken dit te bevestigen. Het lijkt erop dat je de lokale interactie kunt sturen door er een andere groep op te zetten.''

Een belangrijk inzicht voor chemici. Door het zeoliet op deze wijze te fine-tunen, kunnen ze de moleculen die ze willen laten reageren een duwtje in de gewenste richting geven. Klap heeft zijn vermoeden echter nog niet hard aangetoond. ,,Daarvoor zou je weer een heel onderzoek moeten opzetten, maar dat valt een beetje buiten het bestek van deze oefening. Je moet ergens een punt zetten.''

Zijn experimentele kronkelwegen hebben bovendien al voldoende resultaat opgeleverd. De toepassing van een nieuwe vorm van microscopie, opheldering over de manier waarop moleculen het zeoliet in trekken, en de bevestiging van een aloud axioma. Die resultaten wekken bevrediging. Maar de grillige weg waarop hij zijn eindpunt heeft bereikt, geeft Klap de meeste voldoening. ,,Het aardige van exploratief onderzoek is dat je resultaten weer aanknopingspunten geven voor meer experimenten. Zo krijg je een aardige mix van experimenteren en theorievorming. En het is vooral die combinatie die mij zo is bevallen. Ik zou niet de hele dag één ding willen doen.''

Ralph Oei


Volgende artikel: 'In Delft lopen veel onzekere types rond' Vorige artikel: Desgevraagd
Delta Online van donderdag 20 januari 2000

--- Inhoud (uitgebreid) --- Inhoud (beknopt) --- Headlines --- Archief
--- Zoeken --- Geachte Redactie! --- Colofon --- Rubrieken

--- Nieuws --- Achtergrond --- Studenten --- Onderzoek --- Interviews
--- Opinie --- Brieven --- Cultuur --- Sport --- Service --- Bestuurlijke informatie ---

© 2000 Redactie Delta

reageer via disqus

Nieuwsbank op Twitter

Gratis persberichten ontvangen?

Registreer nu

Profiteer van het gratis Nieuwsbank persberichtenfilter

advertentie