Onderzoekers zijn constant op zoek naar nieuwe varianten van bekende materialen. Misschien omdat de bekende materialen duur zijn, of omdat een variant nieuwe, positieve eigenschappen heeft. Tot nu toe ging dat vooral in het laboratorium, maar dat kost veel geld. Met de huidige supercomputers kan er nu ook digitaal naar goedkoop materiaal gezocht worden.
Hoe ontdek je een nieuw materiaal? Door in onbekende grondlagen te speuren, of in het lab te rommelen met ingewikkelde chemicaliën? Zo ging het vroeger misschien; tegenwoordig schakelen scheikundigen de hulp van computers in om een materiaal te ontdekken dat aan de eisen van de moderne tijd voldoet.
Platinum in kristalvorm, in het lab gemaakt. Het is één van de duurste metalen en is dan ook regelmatig te vinden in sieraden. Het wordt gezien als statussymool, omdat platina nog duurder is dan zilver of goud.
Wikimedia CommonsAlthans, dat lijkt nu het geval bij platinum, het prijzige materiaal dat onder andere in medische apparaten essentieel is. Informatici en wiskundigen van drie Amerikaanse universiteiten hopen met ingewikkelde computerprogramma’s de perfecte en goedkope variant van platinum op te sporen, zodat deze vervolgens chemisch vervaardigd kan worden.
Eén hit
De ideeën van de onderzoekers verschenen onlangs in het vakblad Physical Reviews X. Ze hebben naar eigen zeggen lange tijd gewerkt aan de algoritmen, die alle informatie over de huidige platinum-achtige metalen gebruiken om zo theoretisch nieuw materiaal te vinden. Ze geven zelf meteen toe dat deze methode niet alleen maar bruikbaar of zelfs realistisch materiaal zal opleveren. Maar ze zijn op zoek naar de ene hit onder de potentiele kandidaten. Omdat platina zoveel gebruikt wordt én heel duur is, kan zelfs een bruikbaarheidsfactor van één op 100 nog winstgevend zijn, mits het nieuwe materiaal goedkoper is.
Daarom waren de programma’s zo geschreven dat de ontdekte materialen aan bepaalde voorwaarden voldoen: goedkoop, maar ook stevig en hittebestendig zoals platina dat is. De programma’s bestonden uit allerlei formule’s, die de bewegingen van atomen beschrijven: hoe liggen ze in het raster van het materiaal, en wat betekent dat voor de eigenschappen?
Ingewikkelde sommen
Deze formules zijn in de loop der jaren ontdekt en worden nu al gebruikt om heel precies de structuur van spullen te doorgronden, om zo hun eigenschappen te begrijpen. Maar omdat de formule’s zo ingewikkeld zijn en veel informatie vereisen voordat ze een antwoord opleveren, waren ze moeilijk in de praktijk te gebruiken. Met de vergaarde kennis over platina-materialen die er al lag, is het nu toch gelukt om een praktische toepassing van de kennis te vinden. Met behulp van een supercomputer konden de algoritmen en informatie in rap tempo potentiële materialen aflopen.
Na 40.000 berekeningen vonden de onderzoekers uiteindelijk 37 platina-achtige materialen. Veel van deze materialen waren legeringen, samensmeltingen van verschillende metaalsoorten. De 37 kandidaten voor het ‘nieuwe, goedkope platina’ moet nu experimenteel gemaakt worden om te controleren of de berekeningen daadwerkelijk kloppen en het gewenste resultaat geven. Als dat zo is, kunnen scheikundigen de methode vaker gaan gebruiken voordat ze het lab induiken. Dat bespaart geld en moeite.