Wetenschappers heffen nanowrijving op

Wetenschappers hebben een manier gevonden om een afstotende kracht te introduceren tussen objecten van nanoformaat, door de Casimir-Polder-kracht om te draaien. De vinding moet het probleem van aan elkaar plakkende nano-objecten oplossen.

Het Casimir-effect is een natuurverschijnsel waarbij twee objecten met een tussenafstand van enkele nanometers elkaar aantrekken. Het kwantummechanische fenomeen, dat grote overeenkomsten met de Van der Waals-kracht vertoont, werd in 1948 voorspeld door de Nederlandse natuurkundigen Hendrik Casimir en Dirk Polder. Pas in 1997 maten laboranten van de Universiteit van California het effect nauwkeurig. Het verschijnsel wordt verklaard door te kijken naar de golflengte van virtuele deeltjes tussen twee objecten in een vacuüm. Alleen deeltjes met een golflengte kleiner of gelijk aan de afstand tussen twee oppervlakken passen ertussen. Zodoende passen er tussen twee objecten minder deeltjes dan in het vacuum daarbuiten en worden de platen tegen elkaar geduwd. In de natuur maken bijvoorbeeld gekko's gebruik van dit effect, als ze tegen een muur oplopen.

Professor Ulf Leonhardt en doctor Thomas Philbin van de afdeling Fysica en Astronomie van de St. Andrews-universiteit zeggen dat ze deze kracht om kunnen draaien, zodat de oppervlakken elkaar afstoten en de grootste bron van wrijving in nanotechnologie wordt opgeheven. Ze willen dit bereiken door een speciale lens tussen de twee objecten te plaatsen. Leonhardt benadrukt dat alleen kleine objecten kunnen zweven, vanwege de kleine afstanden waarover het Casimir-Polder-effect werkt. De kracht neemt namelijk af bij toenemende afstand tussen objecten en wel tot de vierde macht. Een gedetailleerd artikel, waarin uitgelegd wordt hoe de lens het Casimir-effect omdraait, is terug te vinden in het augustusnummer van New Journal of Physics.

Reacties (32)

Wetenschappers zijn erin geslaagd een afstotende kracht te introduceren tussen objecten van nanoformaat,

Hoezo geslaagd?
Het gaat hier om een theoretische oplossing die alleen werkt met een 'perfecte' lens.

Zie ook: http://www.arxiv.org/pdf/quant-ph/0608115

[...]


Hoezo geslaagd?
Het gaat hier om een theoretische oplossing die alleen werkt met een 'perfecte' lens.

Zie ook: http://www.arxiv.org/pdf/quant-ph/0608115

Hmm, de zin "have created `incredible levitation effects' " heeft me op het verkeerde been gezet Fixed

huh?
ik snap dat dit op nano schaal is, maar een gekko loopt dus op nano schaal bij een muur op? die kracht moet dan wel heel groot zijn en de afstand tussen nano deeltjes? ( heeft een gekko die) heel erg klein. vind dit wel een heel vreemde verklaring. en wat heeft het voor zin een lens te plaatsen tussen deeltjes die al to op enkele nanometer elkaar zijn genaderd? wordt die lens dan niet aangetrokken?

verder vind ik het idee ( als er tussen twee oobjecten minder deeltjes passen dan in de rest van het vacuum, worden de nanodeeltjes naar elkaar toe getrokken. eigenlijk worden ze dus door het vacuum naar elkaar toe gedrukt ?

dus zeg maar het zelfde als tussen twee blaadjes door blazen en dan zien dat ze tegenelkaar gaan zitten. of het lift effect van een vliegtuig.

de druk tussen de deeltjes wordt kleiner omdat er geen deeltjes tussen passen, maar is dat niet theoretsch?

in een vacuum zijn immers( theoretisch) helemaal geen deeltjes, dus ook geen deeltjes die tegen de nano delen aandrukken.

is dit niet gewoon adhesie, zoals bij capilaire werking?

daar krijg je ook dat de onderlinge krachten minder worden tegengewerkt door andere deeltjes zodat door de lagere druk ter plekke de deeltjes naarelkaar toe worden getrokken, en zo bij een dun buije dus ook omhoog kan bewegen ( capilaire werking)

verder vind ik het idee ( als er tussen twee oobjecten minder deeltjes passen dan in de rest van het vacuum, worden de nanodeeltjes naar elkaar toe getrokken. eigenlijk worden ze dus door het vacuum naar elkaar toe gedrukt ?

Nee, want dat vacuum heerst aan alle kanten. Het gaat ook om virtuele deeltjes en tsja, 't is kwantummechanica, dat moet je niet proberen te verklaren met klassieke theorieën

De Gekko loopt inderdaad op nanoschaal tegen de muur op. De onderkant van de pootjes van gecko's zijn voorzien van tienduizenden micro haartjes,die samen dankzij de Vanderwaalskrachten een grote kleefkrachten ontwikkelen.

Op de site van VPRO's Noorderlicht vindt je meer uitleg en twee mooie video's over de poten van Gekko's. Toch mooi om te zien hoe de natuur in elkaar steekt!

http://noorderlicht.vpro....63881/hoofdstuk/16214333/

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 229005 op 7 augustus 2007 23:36]

huh?
ik snap dat dit op nano schaal is, maar een gekko loopt dus op nano schaal bij een muur op? die kracht moet dan wel heel groot zijn en de afstand tussen nano deeltjes? ( heeft een gekko die) heel erg klein. vind dit wel een heel vreemde verklaring. en wat heeft het voor zin een lens te plaatsen tussen deeltjes die al to op enkele nanometer elkaar zijn genaderd? wordt die lens dan niet aangetrokken?

Een gekko heeft miljoenen uiteindes op elke poot, de uiteindes zijn zo klein dat ze elk een redelijk sterke aantrekking hebben tot het oppervlak (zoals voorspeld door het Casimir-Polder-kracht model).
Samen leveren die miljoenen haartjes een grote aantrekkingkracht.

Met een lens moet je je denk ik niet echt een glazen object voorstellen. Meer eenkrachtveld of een deeltjesstraal (zoals een laser).
Ik gok maar ik denk dat het idee is dat zo meer deeltjes passen tussen de twee objecten.
Met ene lens kun je namelijk golf (een deeltje) afbuigen/focussen of veranderen van richting. De mogelijke golflengtes van een deeltjes in de buurt van de lens (erdoor eigelijk) kan dus zo gemanipuleerd worden.

verder vind ik het idee ( als er tussen twee oobjecten minder deeltjes passen dan in de rest van het vacuum, worden de nanodeeltjes naar elkaar toe getrokken. eigenlijk worden ze dus door het vacuum naar elkaar toe gedrukt ?

dus zeg maar het zelfde als tussen twee blaadjes door blazen en dan zien dat ze tegenelkaar gaan zitten. of het lift effect van een vliegtuig.

de druk tussen de deeltjes wordt kleiner omdat er geen deeltjes tussen passen, maar is dat niet theoretsch?

in een vacuum zijn immers( theoretisch) helemaal geen deeltjes, dus ook geen deeltjes die tegen de nano delen aandrukken.

Deze kracht is helemaal echt, maar het model is wel theoretisch (zoals alle modellen). Vacuum bestaat niet helemaal, er is altijd iets, straling, massa oid.
Ook bij nanoobjecten in vacuum zijn er pakketjes (even zo genoemd om het algemeen te houden) in de buurt. Deze pakketjes hebben interactie met de objecten en in hele grove manier kun je dit instinctief vergelijken met de grote wereld, zoals de voorbeelden die jij aangeeft.
Het kan best dat de pakketjes geheel wiskundig zijn in ons huidige model, maar daar moet je niet over gaan filosoferen, een model moet de werkelijkheid voorspellen. Als het dat doet dan is het geaccepteerd, hoe raar het ook mag lijken. (Pure wiskunde is in dat opzicht erg mooi).

is dit niet gewoon adhesie, zoals bij capilaire werking?

daar krijg je ook dat de onderlinge krachten minder worden tegengewerkt door andere deeltjes zodat door de lagere druk ter plekke de deeltjes naarelkaar toe worden getrokken, en zo bij een dun buije dus ook omhoog kan bewegen ( capilaire werking)

weet k niet, ik kan niet met zekerheid zeggen of de krachten bij adhesie teruggevoerd kunnen worden naar deze kracht.

[Reactie gewijzigd door Sibylle op 7 augustus 2007 23:27]

In het vacuum zijn quantumfluctuaties, die de druk uitoefenen. Er zijn fluctuaties van verschillende golflengtes. Die met de grotere golflengtes geraken niet tussen de 2 objecten om de werking van hun even grote buren die duwen langs de vrije kant van de objecten teniet te doen. Daarom is er een netto grotere kracht inwaarts dan uitwaarts en worden de objecten bij elkaar gedrukt.

http://en.wikipedia.org/wiki/Casimir_effect

Vrij interessant, dit.

n de natuur maken bijvoorbeeld gekko's gebruik van dit effect, als ze tegen een muur oplopen.

Gekko's maken gebruik van kwantummechanica? Ik heb weinig kaas gegeten van dit onderwerp, maar gebruiken gekko's niet gewoon de werking van een vacuum (met zuignappen) om tegen muren op te lopen, net als vliegen en gekken met gootsteenontstoppers aan hun voeten?

Dat is qua werking wel vergelijkbaar, maar zeker niet hetzelfde effect. Het frappante van de kwantummechanische variant is nou net dat het hier gaat om "druk" van virtuele deeltjes waarbij het vacuum meer "druk" uitoefent dan de ruimte tussen de objecten.

Edit: OK, OK, even lezen en je weet meer... Gekko's maken gebruik van Van der Waalskrachten door de uiterst fijne structuur van hun de onderkant van hun poten. Dit lijkt dus (zoals vermeld) inderdaad veel meer op de Casimir-Polder kracht dan een onderdruk door een vacuum. (Het is nog steeds niet hetzelfde effect, maar OK).

Reacties op hieronder: ja, da's dus wel grappig. Het nieuwsbericht beweert wel stellig dat gekko's het Casimir-effect gebruiken, maar dat lees ik nog nergens anders.

[Reactie gewijzigd door MneoreJ op 7 augustus 2007 15:07]

De van der Waals kracht is een rechtstreeks gevolg van de Casimir kracht. Casimir en Polder hebben in 1948 een kracht voorspelt die de van der Waals kracht tot gevolg heeft. De link hieronder leidt naar het betreffende artikel. Zie die voor alle details .
The Influence of Retardation on the London-van der Waals Forces

De van der Waals kracht is een rechtstreeks gevolg van de Casimir kracht.

Euhm? Ik zou denken dat Casimir een gevolg is van "vacuum-druk" en Vanderwaals een gevolg van elektromagnetische interacties tussen moleculen/atomen - niet tussen elektronen en atomen, dat zou dan chemie zijn.

Of ze het casimir effect gebruiken of niet, gekkos hebben geen zuignapjes op hun poten. Wel hebben ze talloze kleine haartjes die ervoor zorgen dat de gekko kan "kleven". Tot nu toe lees je vaak dat dit door de vander waals kracht kwam.

[Reactie gewijzigd door Fly-guy op 7 augustus 2007 15:04]

Gekko's hebben geen zuignappen.
Ik heb altijd begrepen dat ze 'gewoon' de Van Der Waals kracht gebruikten omdat ze daadwerkelijk contact hebben met het oppervlak, maar het is dus het Casimir effect.

[Reactie gewijzigd door Rrob op 7 augustus 2007 15:16]

Uhm, hoe moet ik dit zien mbt IT?

Je kunt hiermee zuiniger schakelingen maken. Niet de normale electronische transistor-schakelingen, maar mechanische. En zonder wrijving wordt het schakelen van een mechanische schakeling ook veel zuiniger. Nano-mechanica schijnt erg interessant te zijn tegenwoordig.

Het heeft niet direct met IT te maken.
Maar daarom staat het artikel ook in de categorie 'Technologie & Wetenschap'

Toevallig net een topique over In W&L: forum: Vrije-energiemotor door Casimir effect?

Ik denk dat de bijgevoegde foto nogal wat verwarring opleverd. Zoals ik het begrijp is zoiets als op de foto te zien is compleet niet mogelijk door de grote afstand tussen vingers en voorwerp.
Toch goed deze uitvinding, ik vermoed dat dit in veel producten z'n weg zal vinden.

Op de foto zie je een magnetisch tolletje wat op een magnetisch veld drijft. Je kent die speeltjes wel. Het tolletje zweeft draaiend in de lucht en je kunt er dan inderdaad je vingers of andere voorwerpen onderdoor halen.

bah, hebben ze je daar even mooi bij je "neus" genomen.
Gekko's gebruiken gewoon pattex, net zoals de olifant

Wat ik me nou afvraag, ik zie zo'n mooi plaatje met een zwevend object, werkt dit totaal zonder electronica? Heeft iemand wat meer uitleg?

wordt er niet met die lens een golflengte tussen de 2 deeltjes "geperst" waardoor het effect van de druk van de omliggende deeltjes teniet gedaan wordt?

er worden vaker golven (geluid ed) gebruikt om voorwerpen te verplaatsen, dus waarom zou dit niet ook mogelijk zijn

Dan zou je echte amfibie voertuigen kunnen bouwen