Een harde schijf maken uit gas

Polymeerchemicus Vincent Voet heeft een gas omgezet in een polymeer, het polymeer in een blokcopolymeer en het blokcopolymeer via zelforganisatie in nanodomeinen. De domeinen zijn gedeeltelijk verwijderd zodat een nanoschuim onstond, waarna de lege ruimte is gevuld met nikkel. Het eindresultaat kan op termijn leiden tot een nieuwe manier van dataopslag. Dat is kort samengevat de inhoud van het proefschrift waarop Voet 30 januari promoveert.

‘Kijk, dit is de gascylinder met de bouwstenen van het polymeer. Het gas gaat vervolgens onder hoge druk in dit reactievat samen met wat vloeistof en een stofje om de reactie te starten, en dan wordt het een polymeer.’ Promovendus Vincent Voet houdt er van om dingen te maken in het lab. ‘Ik vind synthetische chemie hartstikke leuk. Maar het testen van de elektrische eigenschappen van mijn materiaal onder een microscoop, dat ook heel boeiend. De veelzijdigheid maakte dit tot een fantastisch project.’

Voet zette vinylideenfluoride gas om in het polymeer polyvinylideenfluoride (PVDF), wat zogeheten ferro-elektrische eigenschappen heeft. Dit gedrag hangt samen met het feit dat de elektrische lading in het polymeer enigszins gescheiden is: een kant is een beetje positief, de andere kant een beetje negatief. ‘Dat noemen we een dipool’, zegt Voet.

Vervolgens maakte hij een zogeheten blokcopolymeer. Dit is een lang molecuul dat bestaat uit twee verschillende polymeren die als het ware aan elkaar geknoopt zijn. Het eerste blok was PVDF, het tweede polystyreen. Het blokcopolymeer dat zo ontstond heeft de neiging om te stapelen, waarbij de PVDF blokken precies op elkaar liggen. ‘Zo krijg je dus vanzelf domeinen op nanoschaal van beide polymeren.‘

Als gezegd, PVDF is ferro-elektrisch. Met behulp van een elektrisch veld is het mogelijk om de PVDF dipolen binnen een domein dezelfde richting te laten aannemen, zodat het hele domein een positieve en een negatieve kant krijgt, vergelijkbaar met de polen van een magneet. Deze landingsscheiding blijft in stand, ook als het elektrische veld verdwijnt.

‘Op die manier heb je dus een ‘bit’, een geheugencel, die je kunt schakelen tussen plus of min (0 of 1) met behulp van een elektrisch veld’, legt Voet uit. Dit soort geheugencellen is sneller te beschrijven dan de klassieke magnetische bits op een harde schijf, en het kost minder energie.

Maar het lezen van een ferro-elektrische bit is weer lastiger, ze gaan daarbij snel stuk. Daarom probeerde Voet ze te combineren met magnetische bits. ‘We verwijderden de polystyreen domeinen en vulden de ruimte op met nikkel, wat magnetisch is.’ Na verwijdering van het polystyreen ontstond een open structuur, een nanoschuim. Het was niet eenvoudig alleen de openingen in dat schuim te vullen met nikkel. ‘Wat we zagen was dat het nikkel het hele materiaal bedekte, wat voor kortsluiting tussen de domeinen zorgde.’

Een collega van Voet werkt nu verder aan dit probleem, en test andere magnetische materialen uit. Het uiteindelijke doel is om de ferro-elektrische en magnetische bits te verbinden. ‘De ferro-elektrische bit kan vervormen wanneer er stroom doorheen gaat, en dat kan de magnetische bit weer doen omschakelen.’ Het voordeel hiervan is dat de bit snel te schrijven is met een elektrisch veld en zonder schade is uit te lezen door een magnetisch veld. ‘Dan zouden we een compact, snel en energiezuinig geheugensysteem hebben, dat ideaal is voor mobiele toepassingen als telefoons en camera’s.’

Het proefschrift dat Voet schreef legt de fundering onder dit project. Collega’s gaan er nu mee verder, maar hij zal zich voorlopig aan andere dingen wijden. Het komende jaar zal hij les gaan geven aan een verpleegkunde opleiding in het Afrikaanse Lesotho. Zijn vrouw, die onlangs het artsendiploma haalde, zal in het naburige ziekenhuis gaan werken. ‘We gaan daarheen op uitnodiging van kennissen, om een steentje bij te dragen aan een verbetering van de gezondheidszorg in het land. Daarnaast vind ik les geven ook heel leuk!’

Vincent Voet verdedigde zijn proefschrift op 30 januari in de Martinikerk.