nanotechnologie

Op te laden in enkele seconden en nauwelijks verliezen. Geen wonder dat de interesse in supercondensatoren snel groeit. Bron: Samwha Electronics

Nieuw materiaal belooft vervanging batterij

13 reacties / Wetenschap / Door / 15 december 2021

De doorbraak van alternatieve energiebronnen en elektrisch rijden wordt op dit moment nog gehinderd door een hardnekkige bottleneck: energieopslag. Er is nog geen materiaal dat evenveel nuttige energie op kan slaan als een volle tank benzine. Dat lijkt nu te veranderen met de ontdekking van een supermateriaal door onderzoekers van de Australian National University.

Supercondensatoren als alternatief voor de accu
Er zijn, ruwweg gesproken, drie manieren om elektrische energie op te slaan. De eerste manier is de welbekende oplaadbare batterij of accu. Er vindt een chemische reactie plaats aan twee polen, die een overschot aan elektronen aan een pool versus een tekort aan elektronen aan de andere pool oplevert. Dit zorgt voor een elektrische stroom. Voordeel is dat er relatief veel energie opgeslagen kan worden per kilogram: de reden dat er accu’s in elektrische auto’s zitten. Nadeel is dat het opladen tergend lang duurt en er de nodige verliezen optreden, omdat de geladen ionen zich door de stroperige vloeistof moeten worstelen.

De tweede manier is om de energie in een magneetveld van een enorme elektrische spoel op te slaan. Hiervoor is een gigantische stroomsterkte nodig door een geleider die geen verliezen oplevert, met andere woorden een supergeleider. De resultaten van deze SMES, super conducting electric storage, zijn nog niet denderend, omdat de koeling van een supergeleider tot enkele tientallen kelvin energie vreet, de energiedichtheid maar klein is en supergeleidende materialen duur zijn.  Voordeel is echter dat het vermogen enorm snel, in fracties van seconden, opgenomen en afgegeven kan worden met weinig verliezen.

De derde methode is het opslaan van elektrische lading. Dit gebeurt door twee geleidende platen dicht bij elkaar te brengen en onder spanning te zetten. Er hopen zich nu elektronen op in de negatief geladen plaat en positief geladen ‘gaten’ (ontbrekende elektronen) aan de positief geladen platen. Hoe groter de oppervlakte van de platen, hoe dichter de platen op elkaar staan en hoe hoger de spanning, hoe meer energie ze opslaan. Condensatoren, zoals deze apparaatjes met ingebouwde geladen platen heten, zijn een onmisbaar onderdeel van de meeste elektrische schakelingen. De hierin opgeslagen elektrische energie is miniem, maar met de ontwikkeling van supercondensatoren ontwikkelen ze zich als een serieus alternatief voor batterijen: de beste supercondensatoren presteren op circa 10% van de energiedichtheid van batterijen. Net als SMES laden en ontladen condensatoren snel (fracties van seconden) met weinig verliezen. Wel hebben sommige typen condensatoren moeite hun lading vast te houden, omdat dicht bij elkaar gelegen platen makkelijk kortsluiten.

Op te laden in enkele seconden en nauwelijks verliezen. Geen wonder dat de interesse in supercondensatoren snel groeit. Bron: Samwha Electronics
Op te laden in enkele seconden en nauwelijks verliezen. Geen wonder dat de interesse in supercondensatoren snel groeit. Bron: Samwha Electronics

Hoe werkt de ideale condensator?
Om zo veel mogelijk energie op te slaan moet de condensator aan drie eisen voldoen.
– De platen moeten zo dicht mogelijk bij elkaar liggen; de capaciteit is namelijk omgekeerd evenredig met de afstand tussen de platen. In de praktijk wordt kwantumtunneling en doorslag (kortsluiting) een probleem bij te kleine afstanden. Mede daarom is de minimale afstand tussen platen enkele atoomdiktes.
– De platen moeten een zo groot mogelijke oppervlakte hebben per gram. De gedachten gaan dan als vanzelf naar grafeen, het revolutionaire materiaal van een atoomlaag dikte. Een alternatief bestaat uit “platen” die in feite in elkaar vervlochten boomachtige netwerken zijn.
– De platen moeten lekvrij zijn: er moet geen lekken of kortsluiting plaatsvinden.
– De dielektrische constante moet hoog zijn. Dit betekent dat er voor een gegeven plaatafstand, plaatgrootte en spanning veel lading opgeslagen wordt. De dielectrische constante voor lucht is bijvoorbeeld 1.
– De condensator moet tolerant zijn binnen een groot temperatuurbereik.

Hoe krijgt dit nieuwe materiaal zo een grote capaciteit?
Het ontdekte materiaal, op basis van het overvloedig beschikbare titaniumoxide, werkt op basis van moleculaire defecte dipolen, m.a.w. structuren op atoomschaal. Een dipool is een combinatie van een positieve en negatieve lading tegenover elkaar. Hierdoor krijgt het materiaal een extreem grote dielektrische constante die vier ordes van grootte (10^4, rond de factor tienduizend)  of meer boven normale waarden ligt. Dit betekent dat het materiaal meer dan tienduizend keer zoveel energie kan opslaan als een ‘normale’ condensator. Helaas zijn er uit het artikel of begeleidende documenten geen schattingen bekend van en energiedichtheden, maar als we uit gaan van enkele elektronvolts per atoomgroep lijkt 1-10 MJ per kg een redelijke schatting. Dit ligt in de buurt van de energiedichtheid van de allerbeste batterijen, wat het een interessant materiaal maakt voor energieopslag. Omdat het metaal titanium een van de meest voorkomende atoomelementen op aarde is, (0,63% van alle materie is titanium) zou dit wel eens de doorbraak kunnen zijn waar we allen op wachten.

Vervolg 2021

Het materiaal lijkt een aantal onderzoeksgroepen geïnspireerd te hebben. Op dit moment hoor je wat minder van super capacitors, wat jammer is. Hun potentieel, de auto in een paar seconden opladen, is immers enorm. Waarschijnlijk is de nog steeds lage capaciteit hier de boosdoener.

Drones als de Robofly van de Universiteit van Washington zijn in de iets verdere toekomst, als er een compacte energiebron ontwikkeld is, ook in te zetten als nanowapens. Bron: UW, Usa

Nanowapens worden grote dreiging in de nabije toekomst

8 reacties / Geopolitiek, Ideeën, Maatschappij, Techniek, Wereld / Door / 22 maart 2017

Dr. Frédéric Kula, een dissident, is gevlucht uit zijn geboorteland. Hij houdt vanuit zijn nieuwe land een weblog bij, waarin corruptie en machtsmisbruik door de machthebbers in zijn thuisland aan de kaak worden gesteld. Hij controleert daarom de deuren en ramen van zijn beveiligde appartement goed en gaat met een gerust hart slapen.
Dat had hij beter niet kunnen doen. Door een ventilatiekoker vliegt een robotinsekt naar binnen. Bestuurd door geheim agenten, landt de nanodrone op het gezicht van Kula en injecteert een dodelijke dosis botulinetoxine.

Het lijkt het plot van een paranoïde SF-thriller. Niets is minder waar. Drones zo groot als een insect bestaan al. In 2017 zijn deze kleiner dan een euromunt.

De techniek wordt steeds beter, wat zich onder meer uit in zeer kleine versies van dodelijke wapens. Atoombommen die je in een handtas kan meenemen. Drones zo groot als  een insekt om een politieke tegenstander mee uit de weg te ruimen. Technisch is het nu al mogelijk. Wat staat ons te wachten?

Mini-nukes
Atoombommen leveren per kilogram honderdduizenden malen zoveel explosiekracht als TNT. Dat betekent, dat een atoombom van twee kilo een gebouw ter grootte van het voormalige World Trade Center kan verwoesten. Tot voor kort was de kleinste atoombom de W54, bijgenaamd Davy Crockett. Deze bom van ongeveer twintig kilo kan in een rugzak meegenomen worden. Dit ontwerp dateert uit de jaren vijftig. Dit ligt dicht tegen het theoretische minimum aan. Met de wetenschappelijke kennis van nu kunnen veel kleinere wapens worden gebouwd. Er doen wilde geruchten de ronde dat Pakistan over nucleaire wapens zo groot als een tennisbal zou beschikken. In principe kan dit alleen met een extreem rijke neutronenbron, veel rijker dan de bekende splijtbare isotopen U-235 en Pu-239. Het is waarschijnlijker dat de Pakistanen bluffen.

Drones zo groot als een insekt kunnen voor spionage, maar ook voor moordaanslagen worden gebruikt.
Drones zo groot als een insekt kunnen voor spionage, maar ook voor moordaanslagen worden gebruikt. – Bron: studyihub.com

Genetisch gemanipuleerde dodelijke insecten
Het is op dit moment met CRISPR mogelijk een bestaand gen uit een genoom te knippen en te vervangen door een ander gen. Zo zou je bijvoorbeeld het gen in muggen dat codeert voor een pijnstillend enzym, kunnen vervangen door een gen dat codeert voor een dodelijk giftig eiwit. Laat deze genetisch gemanipuleerde muggen los en zie daar: een leger des doods, dat zich al voortplantend een fatale jacht opent op de bevolking. Uiteraard is dit dan ook dodelijk voor je eigen mensen. Insecten trekken zich niets aan van landsgrenzen. Dit is daarom meer een tactiek, die door een terroristische groepering zal worden gebruikt om af te rekenen met de rest van de mensheid.

Zichzelf vermenigvuldigende nanobots
Het meest enge scenario bestaat uit ‘black goo’, zichzelf vermenigvuldigende nanobots met een sinister militair doel. Deze verzamelen grondstoffen uit hun omgeving en maken hiermee nieuwe kopieën van zichzelf. Als er geen beperking is ingebouwd, zal  het vermenigvuldigen doorgaan tot er een einde komt aan de beschikbare grondstoffen. Niet voor niets schat het Future of Humanity Institute van de universiteit van Oxford de kans dat dit leidt tot het uitsterven van de mens, hoog in – rond de vijf procent tot 2100.

Diamant nanodraad, de nieuwste hit onder materiaalkundigen. Bron: {1}

Diamant nanodraad interessanter dan koolstofnanovezels?

3 reacties / Scheikunde, Techniek, Wetenschap / Door / 23 december 2015

Het lijkt erop dat er een eendimensionale tegenhanger van grafeen is ontdekt. Diamantnanodraad heeft een aantal zeer interessante, zeg maar gerust bizarre eigenschappen.

Wat is diamant nanodraad?
Diamantnanodraad, in de herfst van 2015 ontdekt door een groepje van Pennsylvania State University, ziet op op atoomschaal uit als doorgeknipt kippengaas.  Elke rij bestaat uit een zeshoeken  koolstofatomen. De losse eindjes aan de rand worden bezet door waterstofatomen.

Diamant nanodraad, de nieuwste hit onder materiaalkundigen. Bron: {1}
Diamant nanodraad, de nieuwste hit onder materiaalkundigen. Bron: {1}

Sindsdien heeft de nanodiamantdraad-koorts veel materiaalkundigen in de greep. Wat voor merkwaardige eigenachappen zou dit opmerkelijke goedje hebben? Het is plat, dus veel buigzamer dan koolstofnanovezels. Dat maakt het als materiaal voor nanodraden veel interessanter dan dit extreem sterke materiaal. Veel onderzoekers vreesden echter dat de nieuwste ontdekking zo bros zou zijn dat de draad net als glas in fragmenten uit elkaar zou spatten als er mechanische spanning op zou komen te staan.

Een nieuwe groep, geleid door Haifei Zhan van Queensland University of Technology in Australie, heeft deze bezwaren nu weggenomen. Sterker nog: het materiaal blijkt veel  veelzijdiger dan iedereen dacht. Gaat diamant nanodraad een zelfde toekomst als wondermateriaal tegemoet als grafeen?

Hoe maak je diamant nanodraad?
Het Penn State University team gebruikte benzeen, een zeshoek van koolstofatomen met zes waterstofatomen er omheen, als basis[1]. Ze plaatsten de benzeenmoleculen in een rij, verhoogden de druk zodat de moleculen aan elkaar gingen klikken (polymeriseerden) en daar was de diamant nanodraad.

Tot zover de theorie. In de praktijk is het erg belangrijk hoe precies de benzeenmoleculen aan elkaar gingen zitten. Er zijn verschillende configuraties mogelijk. Naar blijkt, verschillen de eigenschappen van nanodiamantdraden enorm per configuratie.

Zhan en zijn team keken naar de meest voor de hand liggende configuraties. De simpelste is polybenzeen. Hierbij zitten de zeshoeken van benzeen aan elkaar zoals linksonder op het plaatje. Dit is een stijf molecuul, dat steeds breekbaarder wordt naarmate het langer wordt. Kortom: echt grote dingen kan je hiervan niet bouwen. Daarvoor is dit molecuul te breekbaar. Als er zogeheten Stone-Wales defecten tussen zitten, verandert dit sterk. Deze defecten werken als scharnierpunten tussen de rechte stukken polybenzeen. Hoe meer Stone-Wales defecten, hoe buigzamer (maar, uiteraard: hoe zwakker de keten). Zodra het aantal Stone-Wales defecten een bepaald percentage overschrijdt, gebeurt er iets opmerkelijks. De keten verandert van breekbaar in zeer buigzaam, het verschil tussen rauwe en gekookte spaghetti.

Dat maakt het mogelijk om sommige delen van de draad buigzaam, en andere juist star te maken. Nanodiamantdraden hebben een hoge Young-modulus (treksterkte), vergelijkbaar met die van aluminium. De allersterkste zijn  Ook zijn ze erg licht. Dit opent heel veel toepassingen, vooral bij het bouwen van extreem sterke drie-dimensionale nanostructuren, aldus de groep-Zhan. Het molecuul kan zowel de functie van een kabel als van draagstructuur vervullen, afhankelijk van het aantal defecten.

Tot zover de theorie, nu de praktijk
Dit werk was slechts een computersimulatie. Hoewel onze kennis van de moleculaire wereld bijna perfect is, de onderliggende kwantumelektrodynamica is tot op dertien decimalen nauwkeurig te berekenen, kan de praktische toepassingen nog verrassingen opleveren. Experimentele materiaalkundigen moeten dus nu aan de bak en gaan meten aan het molecuul. Gezien de zeer veelbelovende eigenschappen van dit materiaal, en de enorme onderzoeksbudgetten die aan grafeen een dergelijke worden verspijkerd- zal het niet lang meer duren voor de eerste diamantnanodraden opduiken in gadgets van de toekomst.

Bronnen
1. T.C. Fitzgibbons, Benzene-derived ​carbon nanothreads, Nature Communications, 2014
2. Zhan et al., From Brittle to Ductile: A Structure Dependent Ductility of Diamond Nanothread, ArXiv preprint server (2015)

Nanorobots zijn het meest veelbelovend in de geneeskunde, maar in principe kan je met voldoend krachtige nanorobots die zichzelf kunnen vermenigvuldigen, de hele wereld verbouwen.

Nanorobots rukken steeds verder op

5 reacties / geneeskunde, Ideeën, Ideeën en techniek, Techniek / Door / 17 oktober 2015

Robots zijn hot tegenwoordig. Wat stiller is het rond de grote hype van enkele jaren geleden: nanotechnologie. Schijn bedriegt echter. Hoe zit het met nanorobots?

The World's Smallest Robots: Rise of the Nanomachines

Machines zo groot als bacteriën kunnen heel erg veel tot stand brengen. Ze kunnen zich bijvoorbeeld door bloedbanen wurmen op zoek naar zieke cellen of ziekteverwekkers. Ze kunnen ook zeer kleine structuren bouwen. Denk aan een leger robotmieren, dat bijvoorbeeld een huis bouwt, of een weg aanlegt. Deze machines zijn er op dit moment nog maar mondjesmaat, maar de ontwikkelingen gaan in een snel tempo door.

De mogelijkheden zijn in theorie enorm en beschreven in Eric K. Drexlers meesterwerk Engines of Creation, dat hij gratis ter beschikking heeft gesteld aan de mensheid. Engines of Creation is hier op Visionair te downloaden.

Nanorobots zijn het meest veelbelovend in de geneeskunde, maar in principe kan je met voldoend krachtige nanorobots die zichzelf kunnen vermenigvuldigen, de hele wereld verbouwen.
Nanorobots zijn het meest veelbelovend in de geneeskunde, maar in principe kan je met voldoend krachtige nanorobots die zichzelf kunnen vermenigvuldigen, de hele wereld verbouwen.

Nanomachientjes. Erg handig als je atoom voor atoom iets wil bouwen. Kortom voor ongeveer alles. Bron: ucr.edu

Weekenddocu: hoe zal nanotechnologie onze wereld veranderen?

2 reacties / Ideeën en techniek, natuurkunde, Scheikunde, Techniek, Visionair leven, Wetenschap / Door / 26 juni 2015

We leven in een enorme legodoos. Alleen kunnen we de blokjes, de atomen, niet zien omdat ze zo klein zijn. Nanotechnologie biedt de mogelijkheid om op atoomschaal te bouwen. Dat opent ongekende mogelijkheden. Denk aan programmeerbare materie, kankercellen of bacteriën met nanorobotjes het leven zuur maken of een pen, die inkt uit lucht maakt. Om maar wat nano-ideeën te noemen.

Vanaf 2010 raken onderzoekers en technici steeds meer vertrouwd met de nanowereld en de bizarre natuurkunde hierin. Althans: bizar, vanaf het gezichtspunt van het dagelijkse leven. Zo kunnen atomen door een dunne wand tunnelen. Kaatsen atomen weg van een scherpe rand. Worden atomen waziger, naarmate ze langzamer bewegen. En zo zijn er nog wat aardige dingen….

Nanomachientjes. Erg handig als je atoom voor atoom iets wil bouwen. Kortom voor ongeveer alles. Bron: ucr.edu
Nanomachientjes. Erg handig als je atoom voor atoom iets wil bouwen. Kortom voor ongeveer alles. Bron: ucr.edu

De supercondensator, ontwikkeld door UCLA. Bron: UCLA.

Accu die in enkele seconden oplaadt, ontwikkeld

7 reacties / Techniek / Door / 3 april 2015

Opladen kost veel tijd. Een nieuwe supercondensator slaat even veel energie op als een loodaccu, maar kan in enkele seconden geladen worden. Supercondensatoren laden in enkele seconden, maar slaan doorgaans maar weinig energie op.

Grafeen en condensatoren
De aan de Californische universiteit UCLA ontwikkelde condensator werkt op basis van grafeen. Condensatoren werken niet met chemische energie, maar slaan energie op als lading op zeer dunne platen. Hoe groter de oppervlakte van de platen, en hoe dichter de platen op elkaar staan, hoe meer energie de condensator op kan slaan. Grafeen bestaan uit één atoom dikke laagjes koolstof en is hiermee dus het ideale condensatormateriaal. Condensatoren hebben twee grote voordelen boven batterijen. Ze laden in seconden op, immers er is alleen elektrische stroom nodig en geen chemische reactie om ze op te laden, en ze kunnen tienduizenden malen op worden geladen zonder dat ze achteruit gaan.

De supercondensator, ontwikkeld door UCLA. Bron: UCLA.
De supercondensator, ontwikkeld door UCLA. Bron: UCLA.

‘Accu’, maar dan in enkele seconden opgeladen
Nadeel van supercondensatoren is dat ze maar weinig energie opslaan per kilogram. Je moet bij wijze van spreken een aanhanger met supercondensatoren achter je auto hangen om een benzinetank te vervangen. Met dit nieuwe type komt hier sterk verbetering in. Per kilogram slaat dit type ongeveer evenveel energie op als een loodaccu. Dat is ongeveer een derde van lithium-ion batterijen.

Hoe werkt het systeem?
De supercondensator bestaat uit gestapelde laagjes LSG, laser-geschreven grafeen, en mangaandioxide. De onderzoekers gebruikten een consumenten-CD brander en een oplossing van grafietoxide in water om LSG te fabriceren. Mangaandioxide geleidt slecht stroom, maar slaat wel goed lading op, de positieve mangaanionen en negatieve zuurstofionen helpen hierbij. Grafeen transporteert de lading naar de mangaandioxide, die nanostructuren vormt. De productietechniek die is toegepast vraagt niet de extreme temperaturen of de dure “dry rooms” die nu noodzakelijk zijn voor de productie van supercondensatoren. Omdat de condensator uit dunne laagjes bestaat, kan deze ook in zeer dunne plakken worden gefabriceerd, als krachtbron voor micro-elektronica en zeer dunne elektronica. Kortom: deze techniek heeft alles in zich om een disruptieve, exponentiële technologie te worden.

Nou leuk, maar wat zijn de voordelen?
Het opladen met deze dingen gaat zo snel, dat auto’s die voor een stoplicht staan, via de weg kunnen worden opgeladen. Gefrustreerde smartphone- en laptopbezitters zullen het voordeel snel snappen. Een tweede voordeel is dat er duizenden laadcycli mogelijk zijn. Nu zijn de grootste kosten aan een elektrische auto de batterijen. Hiermee gaan de energieopslagmodules letterlijk jaren mee, ongeveer even lang als de rest van de auto. Grafeen is nog peperduur, maar  het basismateriaal, koolstof, is spotgoedkoop. Het tweede bestanddeel, mangaandioxide, wordt nu al massaal gebruikt in wegwerpbatterijen en is goedkoop. Kortom: zodra het lukt deze goedkoop en in grote oplages te produceren, is het einde oefening voor fossiele brandstoffen in het wegtransport en kunnen we een explosie aan micro-gadgets verwachten.

Bronnen
1. M. F. el-Kadi et al.,Engineering three-dimensional hybrid supercapacitors and microsupercapacitors for high-performance integrated energy storage, PNAS 2015 ; published ahead of print March 23, 2015, DOI: 10.1073/pnas.1420398112
2.UCLA scientists create quick-charging hybrid supercapacitors, UCLA News, 2015

De eerste nanobots worden zomer 2015 gebruikt bij een patiënt.

Video: medische gevaren in de toekomst

3 reacties / biologie, Maatschappij, Wetenschap / Door / 20 maart 2015

Nanotechnologie, steeds betere computers en het menselijk genoom dat steeds minder geheimen kent. Deze allen zullen de gezondheidszorg drastisch op zijn kop zetten. Dat niet alleen. Er dreigen ook de nodige gevaren. Het is al vervelend als hackers onze pc kraken, maar wat als ze de controle krijgen over een pacemaker of met een zwerm nanobots, verstopt in een drankje in een bar, een lichaam kapen?

In dit filmpje komen de enorme mogelijkheden, maar ook gevaren, van toekomstige medische technieken aan de orde. Kunnen we op tijd manieren verzinnen waardoor we wel de voordelen kunnen genieten, maar niet te lijden zullen hebben onder de gevaren?

Nanorobots in onze bloedbaan. De eerste nanobots worden zomer 2015 gebruikt bij een patiënt.
Nanorobots in onze bloedbaan. De eerste nanobots worden zomer 2015 gebruikt bij een patiënt.

Exploderende buckybom. Bron: ACS.

Nanobom ontwikkeld

2 reacties / Scheikunde, Techniek / Door / 6 maart 2015

Explosieven op nanoschaal kunnen erg handig zijn voor het betere sloopwerk. Met de ontwikkeling van de eerste nanobom ooit, de buckybom die lokaal temperaturen boven de 4000 graden kan bereiken, denken onderzoekers een doorbraak te hebben bereikt.

Exploderende buckybom. Bron: ACS.
Exploderende buckybom. Bron: ACS.

De eerste complexe koolstof ooit ontdekt is buckminsterfullereen, een voetbal van zestig koolstofatomen. Dit werd later gevolgd door koolstofnanobuisjes en grafeen, waar op dit moment de bulk van de wetenschappelijke interesse heen gaat. Toch blijken ook de eens zo gehypete en nu wat in de vergetelheid geraakte ‘buckyballen’ toch nog de nodige interessante mogelijkheden te bieden.

Onderzoekers koppelden in een simulatieprogramma aan een buckybal twaalf nitrogroepen (NO2–) Deze nitrogroepen zijn zeer explosief: als ze uiteenvallen, komen er zuurstofatomen beschikbaar om met bijvoorbeeld koolstof te reageren. Deze chemische reactie gaat razendsnel. Dat is ook de reden dat in stikstofhoudende explosieven zoals nitroglycerine en nitrocellulose, veel nitrogroepen worden aangekoppeld en de AIVD een buitengewone interesse heeft in lieden, die salpeterzuur proberen te bestellen.

In de simulatie begonnen de onderzoekers met een intacte buckybom. Voor de liefhebbers: dodecanitrofullereen, C60(NO2)12. Toen de temperatuur in de simulatie werd verhoogd tot rond de 1000 kelvin (727 graden Celsius), begonnen de nitrogroepen in een picoseconde (biljoenste, 10-12, seconde) hun zuurstofatomen over te dragen aan de ‘voetbal’. Dit zet een explosieve reactie in gang, waarbij de ‘voetbal’ uiteenvalt in een groot aantal di-koolstofmoleculen (C2). Wat overblijft is een extreem heet gasmengsel, bestaande uit CO2, NO2 en N2, met C2.

In de eerste picoseconde loopt de temperatuur al op van 1000 tot 2500 kelvin. De vervolgreacties, in de 50 picoseconden daarna, laten de temperaturen oplopen tot maar liefst 4000 graden. Bij deze hoge temperaturen loopt, afhankelijk van de dichtheid van het nanoexplosief, de druk op tot meer dan 1,2 gigapascal, meer dan tienduizend maal de aardse luchtdruk.

Chemisch gesproken komt de enorme energie van de grote hoeveelheid opgeslagen bindingsenergie in de koolstof-koolstofverbindingen in de ‘voetbal’. Omdat de nitrogroepen de reactie in gang zetten, betekent meer nitrogroepen, meer explosieve energie. De explosiesterkte is te bepalen door de concentratie te veranderen.

Deze nanobom is nuttig als nieuw bulk-explosief materiaal, maar mogelijk ook voor kleine schaal nanoengineering. De bereikte temperaturen zijn hoog genoeg om zelfs wolfraam te laten smelten. Wellicht kan het ook gebruikt worden om zonder lasapparaat of ander bruut middel dunne platen metaal te snijden.

Bron: 
Vitaly V. Chaban, et al. “Buckybomb: Reactive Molecular Dynamics Simulation.” The Journal of Physical Chemistry Letters. DOI: 10.1021/acs.jpclett.5b00120

Video: programmeerbare materie

Laat een reactie achter / Ideeën, Ideeën en techniek, Techniek / Door / 27 februari 2015

De materie om ons heen is dood. Heeft het eenmaal een bepaalde vorm, dan houdt het die vorm. Maar wat als deze materie als we dat willen, een andere vorm kan innemen? Niet als klei, die we zelf kneden, maar als intelligente klei, die naar je luistert en zich op commando in een andere vorm wurmt. Kortom: klei, die zich gedraagt alsof je God bent.

Dit heet programmeerbare materie en is op dit moment onderwerp van veel onderzoek. De laatste stand van de techniek begin 2015 vind je in onderstaand filmpje.

Create Anything You Want With Programmable Matter

Echte programmeerbare materie vereist nanotechnologie. Grotere robotjes, van bijvoorbeeld een millimeter groot, kunnen in principe ook al Gestalt-efecten vertonen en zich op commando in andere vormen wringen.

terminator2

Lees meer:
TED talk: waarom ik robots zo groot als een mier maak
Programmeerbare materie

Bij het Mitera systeem hoort een smartphone app. Bron: Mitera.

Nanochip ontdekt ziekten via smartphone

Laat een reactie achter / Ideeën en techniek, Mensheid, Techniek / Door / 17 januari 2015

Het eerste spoor van ziekten is doorgaans al in bloed of speeksel te ontdekken: defecte m-RNA’s, misvormde eiwitten of afbraakproducten die niet in een gezond lichaam thuishoren. Mitera LLC, een startup gecreëerd via Singularity University, heeft een nanochip ontwikkeld om honderden ziekten in een vroeg stadium te ontdekken. Ziekten in een vroeg stadium ontdekken, betekent dat ze snel behandeld kunnen worden, waardoor ze veel minder schade aanrichten en geen lawine van nieuwe ziekten kunnen veroorzaken. Hierbij wordt rekening gehouden met het DNA van de patiënt.


Een goed voorbeeld van nieuwe technologie, die tegelijkertijd onze gezondheid enorm verbetert en gezondheidszorg betaalbaar houdt. De zorgkosten lopen elk jaar meer uit de hand, terwijl de kwaliteit van de zorg achteruit kachelt. Wanneer stappen ziektenkostenverzekeraars in om hiermee miljarden te besparen?

Bij het Mitera systeem hoort een smartphone app. Bron: Mitera.
Bij het Mitera systeem hoort een smartphone app. Bron: Mitera.

Meer informatie
Mitera website