Möbiusbanden van papier zijn gemakkelijk te maken, maar nu is het voor het eerst gelukt deze bijzondere ruimtelijke vorm te maken met koolstofnanobuisjes.

Met een strip uit een een koolstofnanobuis, een buisvormige cilinder van koolstofatomen, kan een minuscule möbiusband gemaakt worden, een oppervlak met slechts een zijde dat bestaat uit een band met een draai erin.

Je zou denken dat je een koolstofnanobuis gewoon in plakjes kunt snijden om een ringvorm te krijgen. Maar de buisjes zijn moeilijk aan te passen omdat ze zo klein zijn. Ze kunnen niet in cilindervormige ringen gesneden worden, die chemici koolstofnanoriemen noemen, zoals een keukenrol-koker, doordat de krachten tussen moleculen op nanometerschaal niet te overwinnen zijn.

Een fietshelm voor elke fietser?
LEES OOK
Een fietshelm voor elke fietser?

Maar er is wel een andere manier om een koolstofnanoriem te maken. In 2017 toonden Yasutomo Segawa van het Instituut voor Moleculaire Wetenschap in Okazaki, Japan met zijn collega’s aan dat ze gemaakt konden worden door kleinere moleculaire eenheden stukje bij beetje aan elkaar te koppelen met een reeks chemische reacties.

Oneven aantal banden

Segawa en zijn team zijn nu een stap verder gegaan en hebben een möbiusvormige koolstofnanoriem gemaakt. Daarvoor hebben ze het chemische proces voor de bouw van hun koolstofnanoriem aangepast: in plaats van een even aantal moleculaire eenheden te gebruiken om de riem te vormen, gebruikten ze een oneven aantal.

Molecuulmodellen van de möbius-strips Beeld: Segawa et al

‘Uiteindelijk is het doel van de organische chemie om alle mogelijke moleculaire structuren te maken,’ zegt Segawa. ‘Onze prestatie is een grote stap in de richting van dat doel.’

Nadat ze de aangepaste chemische reacties hadden uitgevoerd, bekeken Segawa en zijn team hun bouwsel met behulp van hoge-resolutiespectroscopie. Daaruit bleek dat de resulterende structuur echt een möbiusband was.

Chemische precisie

Hoewel een directe toepassing voor de koolstofmöbiusband nu niet denkbaar is, zou de beheersing die nodig was om hem te maken gebruikt kunnen worden voor andere uitdagingen op het gebied van nanotechnologie en chemie, zegt materiaalchemicus Nicole Grobert, van de Universiteit van Oxford.

‘De precieze toepassing voor deze möbiusband ligt misschien niet voor de hand, zelfs niet voor de onderzoekers die het onderzoek hebben gedaan. Maar als ze hun magische chemie kunnen uitbreiden naar grotere koolstofsystemen, dan kun je gaan nadenken over opschaling en schaalvergroting,’ zegt Grobert.