DIFFER-onderzoeker doorgrondt groei van nanostructuren aan metaalopp..
Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Ans Hekkenberg
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2015/artikel.pag?objectnumber=296743
printerversie
29 april 2015, 2015/13
DIFFER-onderzoeker doorgrondt groei van nanostructuren aan metaaloppervlak
Materiaalwetenschapper Irem Tanyeli van energie-onderzoeksinstituut DIFFER heeft ontdekt hoe je gecontroleerd nanostructuren kunt laten groeien op uiteenlopende metalen, door de metalen met heliumdeeltjes te bombarderen. Zulke nanostructuren op bestelling bieden uitzicht op geavanceerde
elektrodes die duurzame brandstof produceren op zonne-energie. Tanyeli en haar mede-onderzoekers van DIFFER, ITER en de Universiteit van Basel publiceerden hun resultaten op 28 april in Nature Scientific Reports.
Figuur 1. Nanogestructureerde elektrode
vergroten Figuur 1. Nanogestructureerde elektrode
Een nanogestructureerde elektrode van het ruim voorradige metaal ijzer kan zonlicht gebruiken om goedkoop en op grote schaal de energiedrager waterstof te produceren. Bron: ICMS / DIFFER
Figuur 2. Nanostructuren op aluminium
vergroten Figuur 2. Nanostructuren op aluminium
Bijschrift: Overzicht (a) en dwarsdoorsnede (b) van nanostructuren op een aluminium oppervlak.
Bron: Tanyeli et al. / Nature Scientific Reports
Figuur 3. Nanostructuren op koper
vergroten Figuur 3. Nanostructuren op koper
Bijschrift: Groei van nanostructuren op een koperoppervlak bij verschillende temperaturen en blootstellingstijden.
Bron: Tanyeli et al. / Nature Scientific Reports
Bellen blazen in metaal
Tijdens hun onderzoek stelden Tanyeli en haar collega's verschillende metaaloppervlakken bloot aan een hete, intense bundel geladen heliumgas (plasma) in DIFFER's plasma-experiment Magnum-PSI. Helium dringt makkelijk door in het metaalrooster. Daar vormt het bellen die het omringende metaal
naar buiten duwen. Zo ontstaan per metaal verschillende structuren van tientallen tot honderden nanometers groot. Door de verschillen in kaart te brengen, kon Tanyeli analyseren welke onderliggende processen de nanostructuren vormen, zoals de temperatuur en de ordening van het metaalrooster.
Dat een heliumplasma een metaal kan laten uitbarsten in nanostructuren kwam eerder aan het licht toen onderzoekers wandmaterialen testten voor fusie-energiecentrales. Zij ontdekten toen vreemde vormen op het metalen wandoppervlak. In een fusiereactor zijn deze nanostructuren ongewenst omdat ze
de afvoer van warmte verminderen, maar in andere toepassingen zijn de nanostructuren juist zeer bruikbaar, denkt mede-onderzoeker en DIFFER-directeur Richard van de Sanden.
Fundamenteel inzicht
"Irem Tanyeli's onderzoek is belangrijk vanwege het fundamentele inzicht", aldus Van de Sanden. "Hoe groeien zulke nanostructuren op een oppervlak, welke processen spelen erbij een rol, wat zijn de bottlenecks, hoe kun je het proces sturen? Als je dat begrijpt, kun je op grote schaal
geavanceerde materialen produceren met eigenschappen op bestelling." Dat heeft allerlei toepassingen in duurzame energietechnologie.
Zonlicht omzetten in waterstof
Tanyeli's nanostructuren zijn bijvoorbeeld interessant voor katalysetoepassingen, zoals het gebruiken van zonne-energie om waterstof te maken uit water. Ruim voorradige en goedkope materialen kunnen normaal gesproken niet opboksen tegen de efficientie van dure maar zeldzame recordhouders als
platina. Maar de juiste nanostructuren kunnen de goedkopere materialen toch concurrerend maken.
Dat biedt mogelijkheden voor grootschalige opslag en omzetting van duurzame energie in de vorm van chemische bindingen: solar fuels. Zulke brandstoffen hebben geen netto CO[2]-uitstoot en bieden dus kansen voor de transportsector. Solar fuels worden gezien als belangrijke manier om grote
hoeveelheden duurzame energie te bewaren, bijvoorbeeld om zonne-energie die tijdens de zonrijke zomer is opgewekt tijdens de donkere winter te gebruiken.
Contactinformatie
Irem Tanyeli (Engelstalig), +31 (0)30 609 67 34
Richard van de Sanden, +31 (0)30 609 69 14
Gieljan de Vries, hoofd Communicatie DIFFER, +31 (0)30 609 69 02
Referentie
Surface Modifications induced by high fluxes of low energy helium ions, Nature Scientific Reports, 28 april 2015. doi: 10.1038/srep09779