De hoofdauteur van het artikel, Jan Eijkel, is universitair docent bij BIOS, voluit de leerstoel `Miniaturized systems for biomedical and environmental applications' van de faculteit EWI. Hij vertelt over de aanleiding van de publicatie. `Onze technicus Johan Bomer had plastic nanokanaaltjes gemaakt, waarvan hij de eigenschappen wilde weten. Het viel op dat ze heel snel droogden. Tegelijkertijd was Niels Tas bezig met het laten vollopen van nanokanaaltjes, wat langs de randen sneller ging dan in het midden. Toen kreeg ik een interessant idee. Ik bedacht dat de kanaaltjes van Bomer misschien wel zo snel droogden omdat het water langs de randen wegliep. Toevallig kreeg ik rond die tijd de Indiase student Budhadipta Dan op bezoek voor een zomeropdracht. Ik besloot hem de droogsnelheid van de nanokanaaltjes te laten onderzoeken.'
Eijkel en zijn collega's etsten in een glazen plaatje sporen van 72 nanometer diep en met verschillende breedtes. Door er een vlak glasplaatje op te leggen, kregen ze nanotunneltjes met aan beide kanten een opening. De breedte van tunneltjes was zo'n dertig tot vierhonderd keer de hoogte, de lengte was vier millimeter. De bedoeling was om nette, rechthoekige tunnels te maken, maar onnauwkeurigheden in het etsproces maakten dat onmogelijk. De boven- en onderkant van de tunnels waren daarom niet van elkaar gescheiden door rechte `muren', maar raakten elkaar direct, in een hele scherpe hoek.
Dat bleek toen de metingen aan de droogsnelheid niet met de theorie te rijmen vielen. De onderzoekers vulden de buisjes met water en lieten ze vervolgens drogen. Theoretisch zijn er drie manieren waarop water zo'n nanotunnel kan verlaten, vertelt Eijkel. `Het water kan binnenin het buisje verdampen, waarna de damp naar buiten gaat. Of er ontstaat een heel dun laagje water op de wanden, waardoor het water naar de tunneluitgang kan stromen om daar te verdampen. In beide gevallen zou je een grote invloed van de luchtvochtigheid moeten zien, maar dat zagen we niet. Dus het moest wel de derde mogelijkheid zijn: water stroomt via de hoeken van de tunnel naar de uitgang waar het vervolgens verdampt.'
Maar eigenlijk kon dat ook niet, althans niet met de hoeken van negentig graden, die de onderzoekers dachten te hebben. `Toen we beter gingen kijken naar dwarsdoorsneden van de nanotunnels, bleken ze aan weerszijden te eindigen in hoeken van slechts zeven graden. Dat verklaarde die verassend hoge droogsnelheid.'
Groefjes
Volgens Eijkel zijn het de scherpe groefjes aan weerszijden van de nanotunnels die voor die droogsnelheid zorgen. Dat betekent dat zulke groeven ook in andere materialen het vocht sneller kunnen afvoeren. Het principe zou er in kledingvezels voor kunnen zorgen dat transpiratievocht nog sneller naar de buitenkant van de kledinglaag gaat, zodat je lichaam beter droog blijft. Zelfs in vochtige omstandigheden, want de droogsnelheid van de nanobuisjes bleek constant tot boven 90 procent luchtvochtigheid.
In koelingssystemen voor computerchips wordt nu al gebruik gemaakt van sneller vloeistoftransport door groeven. De zogenoemde `micro heat-pipes' hebben vaak een stervorm, met punten van ongeveer 70 graden die de koelvloeistof snel van de koude naar de warme kant van het systeem transporteren. `Zulke systemen zouden veel efficiënter worden als je een heleboel, heel scherpe groeven zou gebruiken,' zegt Eijkel. Hij denkt er dan ook over om, eventueel in samenwerking met fabrikanten, een heat-pipe op basis van nanogroeven te ontwerpen. `Maar dat zijn nog geen concrete plannen. Op dit moment is het vooral leuk dat we z'n verrassende ontdekking hebben gedaan.'
Jan Eijkel
