MESA+ Institute

ONTDEK DE MOOISTE MOMENTEN VAN DE OLYMPISCHE SPELEN OP NANOSCHAAL

De prestatie van een topsporter tijdens de Olympische Spelen van Parijs 2024 namaken op de nanoschaal? Zo klein als de dikte van jouw haar? Het kan in het NanoLab van de Universiteit Twente!

Een groep enthousiaste PhD-studenten van MESA+ maakt – onder de naam Nanolympics – gedurende de Olympische Spelen, de mooiste finishbeelden van Nederlandse topatleten na op de nanoschaal.

4x400m estafette

Eugene Omalla, Lieke Klaver, Isaya Klein Ikkink, Femke Bol | 3 augustus 2024, Olympische Spelen 2024

Teamsprint baanwielrennen

Roy van den Berg, Harrie Lavreysen en Jeffrey Hoogland | 6 augustus 2024, Olympische Spelen 2024

Simone Biles - Turnen

Puck Pieterse - Mountainbike

Puck Pieterse | 29 juli 2024, Olympische Spelen 2024

Sanne Wevers - turnen

Sanne Wevers | 29 juli 2024, Olympische Spelen 2024

Remco Evenepoel - tijdrit

Remco Evenepoel | 27 juli 2024, Olympische Spelen 2024

Keet Oldenbeuving - Skateboarden

Keet Oldenbeuving | 27 juli 2024, Olympische Spelen Parijs 2024

Epke Zonderland - 'Hij staat'

Topprestatie op nanoschaal

In deze stopmotion filmpjes zie je een fragment van de Olympische Spelen verdeeld in ongeveer honderd frames. Deze honderd frames zijn geen normale plaatjes, maar zijn dankzij nanotechnologie 'geprint' op een chip van 5 bij 5 millimeter. De sporter in het filmpje is dus een stuk kleiner dan in het echte leven: maar liefst 100 micrometer groot. Dat is net zo klein als de dikte van jouw haar of de dikte van een velletje papier!

Hoe werkt het?

Nadat een topsporter de finish heeft gehaald, wordt de sporter bij het finishbeeld met behulp van software uitgeknipt en vervolgens omgezet in plaatjes die bestaan uit pixels van 300 bij 300 nanometer. Vervolgens worden deze plaatjes daadwerkelijk op een chip gemaakt in een lab.

Stap 1. Het beeld van de topsporter

Eerst wordt op de chip een laag aangebracht die gevoelig is voor beschijning door elektronen (a). Elk frame wordt ‘getekend' met elektronenstraallithografie, waarbij je met een elektronenbundel de vorm overbrengt op dit gevoelige laagje (b). Dit kun je vergelijken met het ‘stippelen’ dat je vroeger op een kleurplaat zou doen. Het verschil is alleen dat de elektronenbundel extreem kleine puntjes kan maken, waardoor de structuurtjes ook een stuk kleiner kunnen worden. Vervolgens wordt er een laagje metaal van ongeveer zestig nanometer dik op het plaatje aangebracht (d). Daarna wordt de elektronengevoelige laag weggespoeld, waarbij ook het metaal dat op dit laagje terecht komt verdwijnt (e). Alleen het metaal waar de structuren zijn geschreven blijft over: de topsporter (f).

Stap 2. Plaatsen van de chips

In dit filmpje zie je hoe we de chipjes (5 x 5 mm groot) op de houder van een sputtermachine plaatsen. De chips zijn gemaakt van silicium. Dit materiaal vormt ook de onderlaag van computerchips, en is een bestandsdeel van zand. In de sputtermachine kunnen we metaallaagjes aanbrengen op deze chips. In de volgende filmpjes zie je meer van dit proces.

Stap 3. Inladen van de houder

Nadat we de chipjes op de houder hebben gelegd wordt deze houder ingeladen in het systeem. Alle processen werken onder vacuum, dus nadat het deksel dicht gaat wordt alle lucht uit de kamer gepompt. Daarna wordt het sample van de preparatiekamer naar de depositiekamer getransporteerd.

Stap 4. Sputter proces

Hier kijken we via een klein venstertje in de sputterkamer. ‘Sputteren’, het proces van metaallaagjes aanbrengen, werkt door Argon gas te ioniseren, waarna dit gas wordt versneld richting een plaat met materiaal dat je wilt deponeren op je chip. De argon ionen botsen hard met deze plaat, waardoor ze materiaal losmaken. Dit materiaal vliegt vervolgens richting je chip en vormt zo een laag. Het geïoniseerde argon geeft zelf licht, en dat zorgt voor de paarse en blauwe kleuren.

Stap 5. Chips plaatsen op SEM houder

In deze video plaatsen we twee van onze chips op een houder zodat we deze daarna kunnen inladen in de elektronenmicroscoop. De chips worden vastgeplakt op een speciaal soort geleidend plakband (carbon tape), zodat de elektronen die gebruikt worden voor de 'belichting' ook weer afgevoerd kunnen worden. We drukken de chips altijd een beetje aan zodat we zeker weten dat ze goed vast blijven zitten in het systeem.

Stap 6. Samplehouder inladen

Nu de samples op de houder zitten kan deze houder in het systeem geplaatst worden. De houder wordt geplaatst in het loadlock, die we vervolgens afpompen. Wanneer de druk in het loadlock laag genoeg is kan het sample doorgeschoven worden naar de observatiekamer, waar we vervolgens de plaatjes kunnen maken.

Het beeld van de topsporter op het plaatje gaat vervolgens onder een elektrononenmicroscoop. Bij deze microscoop gebruik je niet een lichtbron en je ogen, maar gebruik je wederom elektronen om te ‘kijken’. Met deze microscoop kunnen we een stuk verder inzoomen op de plaatjes en kunnen we zo onze sporters goed bekijken. Van ieder plaatje wordt een foto genomen. Zet je dan alles onder elkaar, dan ontstaat een stopmotion video uit het originele videofragment van de Olympische Spelen. Maar dan op microscopische schaal!

Houd deze pagina én de social media kanalen van Nanolympics in de gaten voor de alle filmpjes die nog gaan komen!

Volg de Nanolympics op Social Media

Meer weten?

ir. F.J. Witmans (Femke)

Promovendus

+31534898467

f.j.witmans@utwente.nl

Gebouw: Carré C1161

In samenwerking met het videoteam van LISA