Als je polymeren slim ontwerpt, hebben ze de neiging tot voorspelbare assemblage. In het consortium NanoFun onderzoeken univer­siteit en industrie hoe dat te benutten.

De Rijksuniversiteit Groningen en de vier TU’s werken sinds begin dit jaar samen in NanoFun, wat staat voor nanostructured self-assembled functional materials. Het doel is om nieuwe coatings, polymeren en elektronica te ontwikkelen in samenwerking met het bedrijfsleven. Daar­voor brengen onder meer chipmachinefabrikant ASM, bandenproducent Continental, chemie­bedrijf DSM en staalgigant Tata Steel € 1 miljoen in. Samen met financiering door NWO CW komt het totale budget daarmee op € 2,25 miljoen.

Nieuw computergeheugen

‘Het overkoepelende onderwerp van alle projecten is moleculaire zelf-assemblage’, zegt Katja Loos, hoogleraar polymeerchemie in Groningen en hoofdaanvrager van NanoFun. ‘De toepassingen variëren van verlaging van de rolweerstand van autobanden, nieuwe staal- en zonnecelcoatings tot het ontwerp van computerchips. Het zijn allemaal bestaande producten, die we proberen te verbeteren door slimme moleculen te ontwerpen, die zelf organiseren.’

Loos richt zich al langer op zelfaggregatie van blokcopolymeren. De extra postdocs die ze kan aannemen in het NanoFun-project gaan vooral samenwerken met ASM. Haar groep heeft immers veel ervaring met polymeerchemie voor toepassingen waarnaar de micro-chipindustrie met belangstelling kijkt. Zo promoveerde Vincent Voet op de synthese van polymeren waarmee je nanostructuren kunt ontwerpen met bijzondere magneto-elektrische eigenschappen.

Vooral polyvinylideenfluoride (PVDF) staat in de belangstelling. Dit fluoropolymeer lijkt chemisch gezien veel op Teflon en vertoont ferro-elektrisch gedrag door een sterke moleculaire dipool. Het vindt al toepassing in druksensoren, omdat het polymeer bij wrijving of vervorming elektrische spanning produceert. De polarisatie van PVDF kun je omkeren met een elektrisch veld, waardoor je informatie kunt schrijven.

‘Die magneto-elektrische composiet is echt nieuw’

Voet synthetiseerde blokcopolymeren bestaande uit PVDF en polystyreen. Na zelf-assemblage hiervan, waarbij een geordende stapeling ontstaat, etste de promovendus het polystyreen-deel weg en verving het door nikkel. Zo ontstond een materiaal met magnetische én elektrische eigenschappen, die zich lenen voor dataopslag analoog aan een USB-stick. Al is feitelijke toepassing nog verre toekomstmuziek.

Loos: ‘De halfgeleiderindustrie gebruikt al blokcopolymeren om kleine structuren op siliciumchips te ontwerpen. Maar PVDF-blokcopolymeren inzetten om een magneto-elektrische composiet te maken, dat is echt nieuw en ons idee.’ Haar ultieme doel is om via polymeerchemie een heel ander soort dataopslag te bouwen, genaamd four state memory device, dat veel kleiner en energiezuiniger is dan de huidige computerchips. Het zou de bestaande silicium-halfgeleidertechnologie kunnen vervangen. ‘De theorie voor zo’n type computergeheugen bestaat al langer, maar het ontbreekt aan geschikte materialen om ze te bouwen. Daar willen wij verandering in brengen’, vertelt Loos.

Hechter polymeerveld

Loos werkt binnen het Groningse Zer­nike-instituut samen met specialisten op het gebied van ferromagnetische en ferro-elektrische materialen. ‘Onze groep levert de polymeren, zij de specialistische apparatuur en kennis. Je moet bijvoorbeeld magnetische en elektrische eigenschappen kunnen meten. Het onderzoek is zeer multidisciplinair en hightech.’

De samenwerking binnen NanoFun kan het onderzoek verder helpen, denkt Loos, bijvoorbeeld in samenwerking met de groep van Nico Sommerdijk in Eindhoven, die beschikt over krachtige elektronenmicroscopen. ‘Samenwerking kon eerder ook al, omdat het polymeerveld in Nederland altijd al heel hecht is geweest. Maar nu hebben we een echt consortium, dat levert inspiratie en nieuwe inzichten op.’