Vanderwaalskrachten tussen nanostructuren moet je omschrijven als interacties van ladingsdichtheidsfluctuaties met een golfkarakter. Rekenen met deeltjes die elkaar aantrekken en afstoten is op nanoschaal te simpel, blijkt uit internationaal onderzoek dat zojuist verscheen in Science.

Tot nu toe rekent met juist wél op die manier, meestal via zogeheten ‘power laws’ waarbij de netto aantrekkingskracht tussen twee atomen afhangt van de onderlinge afstand tot de zoveelste macht. Of beter gezegd een optelsom van die afstand tot een paar verschillende machten. Heb je een structuur die uit meerdere atomen bestaat, dan tel je de onderlinge krachten bij elkaar op. Van een afstandje lijk je zo de werkelijkheid aardig te kunnen modelleren.

Nu het steeds beter mogelijk wordt om experimenten te doen op nanoschaal, bijvoorbeeld aan grafeen of koolstofnanobuisjes, wordt echter langzaam duidelijk dat die power laws alleen kloppen als je kijkt vanaf een veel grotere afstand dan er daadwerkelijk tussen de nanostructuren zit. Kennelijk middelt het échte krachtenspel dan uit.

En volgens Alexandre Tkatchenko, verbonden aan zowel het Fritz-Haber-Institut in Berlijn en de en Université du Luxembourg, kun je dat krachtenspel dus beter een golfkarakter meegeven. Wat golft is daarbij de ladingsdichtheid binnen de structuur, dus de plekken waar de meeste elektronen zitten. Modellen op deze basis lijken de werkelijkheid ook op nanoschaal veel nauwkeuriger te voorspellen.

Tkatchenko denkt dat het grote gevolgen zal hebben voor de manier waarop tegen moleculaire zelfassemblageprocessen wordt aangekeken, en dat het kan helpen bij het ontwerp van moleculen die stevigere nanocomposieten opleveren.

bron: Université du Luxembourg