Schitterende
ontdekking belooft technologische innovaties
Eindelijk
erkenning voor Dieter Gruen - 13-09-2000
Dieter
Gruen, een 77-jarige wetenschapper uit de Verenigde Staten zal van
de Materials Research Society, een non-profit vereniging die onderzoek
in een aantal commercieel interessante wetenschappen wil stimuleren,
een prijs ontvangen. Gruen krijgt deze prijs voor zijn onderzoek naar
de mogelijkheden een diamanten film op moleculaire schaal te laten
‘groeien’.
Dieter
Gruen ontvluchtte Nazi-Duitsland om zich in de staat Arkansas van
de VS te vestigen. Na zijn doctoraat werkte hij mee aan het Manhattan-project,
het onderzoeksproject dat tijdens de Tweede Wereldoorlog werd opgezet
om een atoombom te ontwikkelen. In 1990 was Gruen in de weer met ‘buckyballs’,
een voorheen onbekende carbonvariëteit.
Koolstof werd tot dan geacht op aarde in slechts twee vormen voor
te komen: diamant en grafiet. In 1985 werd koolstof in een derde vorm
ontdekt: een sferische molecule bestaande uit 60 koolstof-atomen.
Sterk vergroot lijkt de molecule een beetje op een voetbal, en de
naam, buckminsterfullerene, werd al gauw bekend als buckyball. De
60-atomen versie blijkt bovendien maar de meest stabiele configuratie
te zijn, maar er zijn ook sferische moleculen met minder dan 60 atomen.
Gruen toonde aan dat hij een buckyball kon verkleinen tot een molecule
met twee koolstof-atomen. In 1990 lanceerde hij de idee dat deze moleculen
gebruikt konden worden als bouwstenen voor de produktie van een diamanten
laagje. Ondanks het feit dat Gruen grote moeilijkheden kende om zijn
project te financieren, lukte het hem en zijn medewerkers in 1993
voor het eerst om een ‘ultrananokristallijne diamanten substantie’
te fabriceren. Na kwaliteitstests bleek dat deze minuscule diamanten
aan de verwachtingen voldeden.
Dit zou kunnen leiden tot een van de belangrijkste technologische
doorbraken van de laatste jaren. Het inwendige deel van microscopische
apparaten wordt voornamelijk uit siliconen-materiaal vervaardigd.
Dat heeft echter het nadeel dat het bij bewegende delen erg snel verslijt.
Binnen enkele minuten als het om een kleine snel draaiende motor gaat.
Daarom is diamant een betere materiaalkeuze, maar met conventionele
technieken kunnen enkel zeer ruwe diamantkristallen gemaakt worden.
Voor deze gebruikt zouden kunnen worden moeten ze eerst gepolijst
worden, wat de kosten te hoog zou laten oplopen.
Gruens onderzoek past hier een mouw aan. Niet alleen is zijn diamantlaag
1.000 keer bestendiger tegen slijtage dan siliconen, ook passen een
miljoen van Gruens diamantkristallen in een diamantkristal geproduceerd
met conventionele technieken.
De druk om materiaal als dat van Gruen te ontwikkelen is intussen
fel toegenomen omdat steeds meer ontwerpen sterk maar minuscuul materiaal
vragen. De lijst van mogelijke toepassingen is dan ook eindeloos,
gaande van televisies die zo dun zijn als een glasplaat tot satellieten
ter grootte van een pakje sigaretten. Momenteel werkt Gruen met zijn
team aan de ontwikkeling van een turbine om stroom op te wekken voor
zo een satelliet. Ook de ontwikkeling van micromachines die in de
bloedbaan gebracht kunnen worden voor geneeskundige toepassingen,
het ontwerpen van snellere dataverbindingen en oxidatiemethoden voor
het opruimen van milieubedreigend afval zouden van Gruens ideeën de
vruchten kunnen plukken. (DdV)
©
David de Vaal
