Ruimen we binnenkort olielekken op met een net?

Amerikaanse wetenschappers hebben een gaas gemaakt uit roestvrij staal, dat water doorlaat maar olie niet. Dat is te danken aan een dun olie afstotend laagje op het oppervlak. Het gaas kan goedkoop gemaakt worden, ook in grote hoeveelheden, en mogelijk gebruikt worden om olie op te ruimen na een olieramp. Het gaas is geïnspireerd op een lotusblad.
Water (blauw) loopt door het gaas, olie (rood) niet (Jo McCully, Ohio State University).

In testen vermengden de onderzoekers water en olie en goten het mengsel op het gaas. Het water liep door het gaas in een beker en de olie bleef liggen op het gaas. Als het gaas scheef werd gehouden, gleed de olie er makkelijk af in een andere beker.

De coating op het gaas maakt deel uit van een reeks nanotechnologieën die geïnspireerd zijn op de natuur, en ontwikkeld worden aan de Ohio State University. Ze worden beschreven in twee studies in het tijdschrift Nature Scientific Report en de mogelijke toepassingen gaan van het opruimen van een olieramp tot het zoeken van ondergrondse olievoorraden.

"Als je de schaal hiervan vergroot, kan je mogelijk een olielek opvangen met een net", zei Bharat Bhushan, een professor  mechanische techniek aan de Ohio State University.  

Lotusblad

Het werk werd gedeeltelijk geïnspireerd door de bladeren van de lotusplant. Die hebben een knobbelig oppervlak dat op natuurlijke wijze water afstoot maar olie niet.

Om een coating te ontwerpen die het tegenovergestelde doet, bedekten Bhushan en postdoctoraats onderzoeker Philip Brown een hobbelig oppervlak met een polymeer - een verbinding uit zeer grote moleculen, die gevormd zijn door de herhaalde koppeling van kleine moleculen - waarin moleculen van een oppervlakte-actieve stof zitten. Een oppervlakte-actieve stof vermindert de oppervlaktespanning van een vloeistof, en geeft bijvoorbeeld zeep en detergent zijn zuiverende kracht.

De onderzoekers spoten een fijn poederlaagje van silica nanodeeltjes op het roestvrij stalen gaas om een willekeurig hobbelig oppervlak te krijgen, en bedekten dat met het polymeer en de oppervlakte-actieve stof.

De silica, de oppervlakte-actieve stof, het polymeer en het roestvrij staal zijn allemaal niet giftig en tamelijk goedkoop, zei Brown. Hij schatte dat een groter gaas gemaakt zou kunnen worden voor minder dan 10 euro per vierkante meter.

Doorzichtig

Omdat het laagje coating maar enkele honderden nanometer (een miljardste van een meter) dik is, is het bijna niet te zien. Het gaas met de coating voelt niet ongelijker dan gaas zonder extra laagje, wel glanst het bedekte gaas iets minder omdat de coating maar voor 70 procent doorzichtig is. 

De onderzoekers hebben silica gekozen deels omdat het een ingrediënt is van glas, en ze wilden onderzoeken of de technologie ook gebruikt kon worden om een vlekken werende coating te maken voor glas. Met een doorzichtigheid van 70 procent, kan de coating mogelijk gebruikt worden voor sommige toepassingen in de automobielsector, zoals spiegels, maar niet voor ramen of het scherm van een smartphone.

"Ons doel is een doorzichtigheid van 90 procent te bereiken", zei Bhushan. "In onze coatings leveren verschillende combinaties van ingrediënten verschillende eigenschappen op. De truck is om de juiste lagen uit te kiezen."

Hij legde uit dat bepaalde combinaties van laagjes nanodeeltjes opleveren die zich aan olie binden in plaats van olie af te stoten. Dergelijke deeltjes zouden gebruikt kunnen worden om ondergronds olie te ontdekken of om te helpen bij het opruimen van olie na een lek.

"Verder dan de natuur"

Het werk van de onderzoekers begon tien jaar geleden, toen Bhushan coatings met nanodeeltjes begon te ontwerpen en te patenteren, die de textuur van lotusbladeren nabootsten. Hij en zijn team hebben daarop voortgewerkt om het effect te versterken en het aan te passen aan verschillende situaties.

"We hebben zo veel natuurlijke oppervlakken bestudeerd, van bladeren tot de vleugels van vlinders en de huid van haaien, om te begrijpen hoe de natuur bepaalde problemen aanpakt", zei Bhushan. "Nu willen we verder gaan dan wat de natuur doet, om nieuwe problemen op te lossen."

De natuur bereikt in wat ze kan doen een limiet", zei Brown. "Om synthetische materialen zoals olie af te stoten; moeten we een niveau van scheikunde aanspreken waar de natuur geen toegang toe heeft."

Science Photo Library