Nanoleire demper støt

Elektrisk aktivert leire kan gå fra flytende til fast form ved hjelp av en bryter. Vibrasjonsdemping i biler og boliger er mulige bruksområder.

Når leire oppløses i olje, kan blandingen danne faste kjeder ved tilførsel av elektrisk spenning. Ved å skru den elektriske spenningen av og på, går blandingen fra flytende til fast form, og tilbake.

Jordskjelv ødelegger bygninger: Kanskje kan nanoleire forhindre slike sammenrasinger i framtida.

Jordskjelv ødelegger bygninger: Kanskje kan nanoleire forhindre slike sammenrasinger i framtida.

Denne egenskapen ved elektrisk aktivert leire kan utnyttes der det er behov for varierende grad av stivhet, som for eksempel i clutcher og i aktive støtdempere i biler.

Fenomenet kan også utnyttes i intelligente ventiler for anvendelser fra nanonivå til makronivå, forklarer professor Jon Otto Fossum ved Institutt for fysikk, NTNU.

Intelligente boliger

Forestill deg at bilen din var utstyrt med et fjæringssystem som kunne kjenne ujevnheter i veien og automatisk tilpasset seg underlaget.

Eller et hus med intelligente, jordskjelvsikre vegger som justerer stivheten og motvirker vibrasjoner.

Slik nanoteknologi vil ikke dukke opp hos bilforhandleren eller entreprenøren riktig ennå, men norske forskere har nylig bidratt til å bringe dette ett skritt nærmere virkeligheten.

I den årlige publikasjonen ESRF Highlights, beskriver professor Fossum og medarbeiderne hans fra NTNU, UiO og IFE på Kjeller, et eksperiment som forklarer fysikken til slike fenomener.

Nanokort

På nanonivå framtrer leirepartikler som «nanokort» – det vil si at de er formet som kort i en kortstokk, med korttykkelse omlag en nanometer. Denne formen byr på mange muligheter.

– Vi beskriver resultater som viser hvordan disse «nanokortene» kan orientere og strukturere seg langs elektriske feltlinjer, forklarer professor Fossum.

Denne nanoforskningen handler om å få materialet – i dette tilfelle leire – til å selvorganisere seg med «litt hjelp utenfra».

Nanopartikler må overtales

Det fins ikke noe alternativ til slik selvorganisering.

Jon Fossum. (Foto: Mentz Indergaard/NTNU Info)

Jon Fossum. (Foto: Mentz Indergaard/NTNU Info)

Fossum liker å bruke følgende eksempel som forklaring: En gjenstand som er stor nok til å håndteres, inneholder omtrent 1020 nanopartikler.

Hvis man skulle flytte hver enkelt partikkel til riktig sted, en etter en, uten å bruke mer enn ett millisekund per flytting, ville man fortsatt trenge 300 millioner år for å få alle partiklene på «riktig» plass.

Altså må partiklene «overtales» til å flytte seg selv.

Veien til nanokonstruerte komposittmaterialer går via selvmontering, noe som i leire tilfellet kan omfatte bruk av elektrisitet, magnetfelt eller også salt i vann.

Salt og vann

I Fossums laboratorier ved NTNU studeres hvordan salt kan brukes til å påvirke nanoleirens egenskaper.

Salt og leire blandet med vann, kan framvise noen grunnstrukturer – væske, fast form og en tredje, svært interessant, flytende krystallstruktur som kalles nematisk, der partiklene ligger parallelt uten å være låst til i bestemte posisjoner.

– En nematisk struktur er mer ordnet enn væske, men mindre ordnet enn krystall, er Fossums beskrivelse av fenomenet.

Nematiske strukturer har spesielle optiske egenskaper, eller de kan tenkes brukt i nanodesign av sterke, lette komposittmaterialer.

Nøkkelen ligger i å få alle leirepartiklene til å bevege seg på en kontrollert måte samtidig.

Supermikroskop

Omlag 5 500 forskere bruker «supermikroskopet» ved European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) årlig, og omlag 60 prosjekter ble valgt ut til Highlights 2006 som årets beste.

En av de største utfordringene ved forskning på nanoteknologi, er å se hva man gjør. Målinger på nanonivå krever avansert utstyr, som for eksempel «supermikroskopet» ved ESRF.

Norske forskere har løst «utstyrsproblemet» ved å danne en forskergruppering som kalles COMPLEX, som gjør at forskere fra NTNU, UiO og IFE kan dele og utveksle utstyr, ekspertise og studenter.

COMPLEX samarbeidet omfatter prosjekter også ved andre store internasjonale laboratorier enn ESRF, samt samarbeid i mange land over hele kloden.

For Fossums aktiviteter er prosjekter sammen med med grupper fra Brasil, Frankrike og Sør-Korea viktig.

– Solid internasjonalt samarbeid er essensielt for vitenskapelig basert framgang og undervisning, sier Fossum

Les mer her: Fossums hjemmeside