Blik op de Nanowereld
Hoofdstuk 1: Wat is nanoscience?
Nanoscience en nanotechnologie houden zich bezig met het maken, onderzoeken
en toepassen van deeltjes en structuren met afmetingen kleiner dan ca. 100
nanometer (0,1 micrometers).
Één van de belangrijke eigenschappen van nanomaterialen is dat ze een relatief
groot oppervlak hebben. Hoe kleiner de deeltjes, hoe groter de verhouding
oppervlak/inhoud wordt.
De term grensvlak gebruik je bij de grens tussen twee niet-mengbare vloeistoffen
(water en olie bijvoorbeeld) of bij de grens tussen een vloeistof en een vaste stof
(water en glas bijvoorbeeld).
1. Een deeltje (molecuul, atoom of ion) aan het grensvlak van een stof heeft
een hogere energie-inhoud dan een deeltje in het binnenste (in de bulk)
van een stof.
2. Het kost energie op een bulkdeeltje naar het grensvlak te brengen, want er
moeten meer naaste-buurcontacten worden verbroken dan dat er worden
gevormd.
3. Wanneer het grensvlak tussen stoffen wordt vergroot, kost dit energie, die
de grensvlakenergie genoemd wordt.
De grensvlakenergie hangt af van de grootte van
zowel het grensvlak als de stof. Formule grensvlak:
Nanodeeltjes hebben de neiging hun oppervlak te Ugrensvlak = γ x A
verkleinen:
γ = Ugrensvlak / A
- Als vloeibare nanodeeltjes elkaar tegenkomen, Ugrensvlak = de grensvlakenergie (J)
vloeien ze samen tot één grote druppel:
γ = de grensvlakspanning (J m-2)
coalescentie. Zie afbeelding 1.1.
- Als vaste nanodeeltjes elkaar tegenkomen, A = de grootte van het grensvlak
klonteren ze samen tot een groepje: (m2)
aggregatie. Zie afbeelding 1.2.
Veroudering of Ostwaldrijpijng is als het grootste deeltje aangroeit en de kleinste
deeltjes kleiner worden. Zie afbeelding 1.3
Om de bovenstaande processen te voorkomen of te
vertragen kan je bepaalde dingen doen, bijvoorbeeld bij
zouten: je kan extra hoeveelheid van een ionsoort aan Afbeelding
1.1
het oppervlak laten hechten. (alle deeltjes krijgen
dezelfde lading) zo stoten de deeltjes elkaar af en
krijgen de VanderWaalskrachten geen kans om de
deeltjes bij elkaar te brengen. Afbeelding
1.2
Afbeelding
1.3
1
, Hoofdstuk 2: Supramoleculaire nanostructuren
Het maken van nanomaterialen kan op twee manieren gebeuren:
1. Top-down: een grote hoeveelheid materiaal steeds nauwkeuriger vorm
geven, door het gebruik van steeds nauwkeuriger insturmenten en
porcessen (lasers bijvoorbeeld). In dit geval worden de resulterende
producten steeds kleiner; miniaturisering
2. Bottom-up: nanostructuren worden stap voor stap opgebouwd uit de
bouwstenen. Deze deeltjesgroeperingen zijn groter dan moleculen:
supramoleculaire chemie.
Maken van een nanodeeltje: siRNA wordt gemengd met een CDP/PEG-AD/Tf-PEG-
AD-mengsel, dit noem je self-assembly. Zie afbeelding 2.1
Intramoleculaire krachten zijn
krachten binennin een molecuul.
(bijvoorbeeld (a)polaire binding, Afbeelding
2.1
covalente binding etc.)
Intermoleculaire krachten zijn krachten tussen moleculen onderling. Deze kracht
zorgt voor de samenhang van stoffen (delta U). een negatieve waarde van
delta U betekent dat er energie vrijkomt.
Of moleculen elkaar aantrekken of juist afstoten, wordt bepaald door de
eigenschappen van de moleculen. Of supramoleculaire nanodeeltjes zich
spontaan vormen hangt dus af van de beschikbare moleculen. De belangrijkste
moleculaire eigenschap voor krachten tussen moleculen is het dipoolmoment.
Dipoolmoleculen zijn moleculen (zoals H-F en H-Cl) met een positieve en een
negatieve elektrische pool.
Een goede manier om intermoleculaire wisselwerkingen te vergelijken, is te
kijken naar de kookpunten van stoffen. De kooktemperatuur heeft de kinetische
energie van de moleculen die voldoende is om de moleculen uit elkaar te laten
gaan. Hoe groter de intermoleculaire krachten -> hoe hoger de
gemiddelde kinetische energie en temperatuur.
3 typen VanderWaalsbinding (afbeelding 2.2):
Afbeelding
2.2
2
Hoofdstuk 1: Wat is nanoscience?
Nanoscience en nanotechnologie houden zich bezig met het maken, onderzoeken
en toepassen van deeltjes en structuren met afmetingen kleiner dan ca. 100
nanometer (0,1 micrometers).
Één van de belangrijke eigenschappen van nanomaterialen is dat ze een relatief
groot oppervlak hebben. Hoe kleiner de deeltjes, hoe groter de verhouding
oppervlak/inhoud wordt.
De term grensvlak gebruik je bij de grens tussen twee niet-mengbare vloeistoffen
(water en olie bijvoorbeeld) of bij de grens tussen een vloeistof en een vaste stof
(water en glas bijvoorbeeld).
1. Een deeltje (molecuul, atoom of ion) aan het grensvlak van een stof heeft
een hogere energie-inhoud dan een deeltje in het binnenste (in de bulk)
van een stof.
2. Het kost energie op een bulkdeeltje naar het grensvlak te brengen, want er
moeten meer naaste-buurcontacten worden verbroken dan dat er worden
gevormd.
3. Wanneer het grensvlak tussen stoffen wordt vergroot, kost dit energie, die
de grensvlakenergie genoemd wordt.
De grensvlakenergie hangt af van de grootte van
zowel het grensvlak als de stof. Formule grensvlak:
Nanodeeltjes hebben de neiging hun oppervlak te Ugrensvlak = γ x A
verkleinen:
γ = Ugrensvlak / A
- Als vloeibare nanodeeltjes elkaar tegenkomen, Ugrensvlak = de grensvlakenergie (J)
vloeien ze samen tot één grote druppel:
γ = de grensvlakspanning (J m-2)
coalescentie. Zie afbeelding 1.1.
- Als vaste nanodeeltjes elkaar tegenkomen, A = de grootte van het grensvlak
klonteren ze samen tot een groepje: (m2)
aggregatie. Zie afbeelding 1.2.
Veroudering of Ostwaldrijpijng is als het grootste deeltje aangroeit en de kleinste
deeltjes kleiner worden. Zie afbeelding 1.3
Om de bovenstaande processen te voorkomen of te
vertragen kan je bepaalde dingen doen, bijvoorbeeld bij
zouten: je kan extra hoeveelheid van een ionsoort aan Afbeelding
1.1
het oppervlak laten hechten. (alle deeltjes krijgen
dezelfde lading) zo stoten de deeltjes elkaar af en
krijgen de VanderWaalskrachten geen kans om de
deeltjes bij elkaar te brengen. Afbeelding
1.2
Afbeelding
1.3
1
, Hoofdstuk 2: Supramoleculaire nanostructuren
Het maken van nanomaterialen kan op twee manieren gebeuren:
1. Top-down: een grote hoeveelheid materiaal steeds nauwkeuriger vorm
geven, door het gebruik van steeds nauwkeuriger insturmenten en
porcessen (lasers bijvoorbeeld). In dit geval worden de resulterende
producten steeds kleiner; miniaturisering
2. Bottom-up: nanostructuren worden stap voor stap opgebouwd uit de
bouwstenen. Deze deeltjesgroeperingen zijn groter dan moleculen:
supramoleculaire chemie.
Maken van een nanodeeltje: siRNA wordt gemengd met een CDP/PEG-AD/Tf-PEG-
AD-mengsel, dit noem je self-assembly. Zie afbeelding 2.1
Intramoleculaire krachten zijn
krachten binennin een molecuul.
(bijvoorbeeld (a)polaire binding, Afbeelding
2.1
covalente binding etc.)
Intermoleculaire krachten zijn krachten tussen moleculen onderling. Deze kracht
zorgt voor de samenhang van stoffen (delta U). een negatieve waarde van
delta U betekent dat er energie vrijkomt.
Of moleculen elkaar aantrekken of juist afstoten, wordt bepaald door de
eigenschappen van de moleculen. Of supramoleculaire nanodeeltjes zich
spontaan vormen hangt dus af van de beschikbare moleculen. De belangrijkste
moleculaire eigenschap voor krachten tussen moleculen is het dipoolmoment.
Dipoolmoleculen zijn moleculen (zoals H-F en H-Cl) met een positieve en een
negatieve elektrische pool.
Een goede manier om intermoleculaire wisselwerkingen te vergelijken, is te
kijken naar de kookpunten van stoffen. De kooktemperatuur heeft de kinetische
energie van de moleculen die voldoende is om de moleculen uit elkaar te laten
gaan. Hoe groter de intermoleculaire krachten -> hoe hoger de
gemiddelde kinetische energie en temperatuur.
3 typen VanderWaalsbinding (afbeelding 2.2):
Afbeelding
2.2
2
