Een juweel van een chip
Deze column is verschenen in het maartnummer van Eos-magazine.
Iedereen kent Antwerpen als het internationale knooppunt van de diamanthandel. Maar wist je dat er in Limburg diamant geproduceerd wordt? Het wordt niet gedolven in een mijn, maar bovengronds gesynthetiseerd in het Wetenschapspark in Diepenbeek. In het Instituut voor Materiaalkunde van de Universiteit Hasselt staan plasmareactoren om diamanten te maken. De universiteit organiseert er een internationaal congres over, met honderden deelnemers. Dit jaar zijn ze toe aan de 23ste editie van de “Hasselt Diamond Workshop” SBDD.
Diamanten spreken tot de collectieve verbeelding. Dat mensen deze edelste aller stenen blijkbaar ook zelf kunnen maken, draagt daar alleen maar toe bij. Maar wat zou een goede naam voor het Limburgse diamant kunnen zijn? Het woord ‘kunstmatig’ roept associaties op met vervalsing. ‘Synthetisch’ klinkt dan weer alsof het om plastic replica’s zou gaan. En rond de term ‘huisgemaakt’ hangt de geur van koekjes en die is moeilijk verzoenbaar met een reactorkamer. Aangezien ze in Diepenbeek diamant maken met chemische dampdepositie – in het Engels ‘chemical vapour deposition’ – verkiezen de onderzoekers de term ‘CVD-diamant’.
Tijdens mijn doctoraat aan het instituut werkte ik mee aan een open dag. We legden uit dat je diamant veel gemakkelijker kan maken dan goud. Goud is namelijk een atoomsoort: als je dat uit een ander materiaal wil fabriceren – veel alchemisten deden tevergeefse pogingen met lood – dan heb je kernfusie nodig. Diamant is daarentegen louter een bijzondere ordening van een courant element: koolstof. De kunst bestaat er enkel in om koolstofatomen in de structuur van een diamantrooster te krijgen. Daarvoor bestaat een fysische en een chemische methode. De fysische methode bootst de geologische omstandigheden na waarin diamant ontstaat: bij hoge druk en hoge temperatuur. Door de parameters slim te kiezen, verloopt het proces in het laboratorium veel sneller dan in de aarde zelf. (Meer details lees je hier.)
Bij chemische dampdepositie wordt een diamantrooster laag per laag verder opgebouwd. Om te starten kan je een bestaande diamant gebruiken, al lukt het ook met silicium, dat een soortgelijke roosterstructuur vertoont. In de reactor wordt koolstofhoudend gas met microgolven bestraald, waardoor er een plasma ontstaat. Door de parameters precies in te stellen, zullen vrije koolstofradicalen uit het plasma zich aan het oppervlak van het rooster hechten. Zo ontstaat een film, die geleidelijk dikker wordt.
Dampdepositie wordt gebruikt om slijpschijven en chirurgisch materiaal met een diamantlaag te coaten. Door zijn extreme hardheid is diamant daarvoor uitstekend geschikt. In Diepenbeek loopt vooral onderzoek naar de hoogtechnologische toepassingen van diamant. Daarbij wordt er aan het koolstofplasma een extra element toegevoegd, waardoor het materiaal halfgeleidend wordt. Dat extra element is veelal boor of fosfor. Zo kan het koolstofplasma dienen voor chips, sensoren en kwantumcomputers.
Onze bezoekers tijdens de open dagen waren vooral benieuwd of de installatie ook edelstenen kon maken, en wat dat dan wel zou kosten. Als je er de reactor en het technisch personeel voor hebt, is de productiekost relatief laag. Wel moet je CVD-diamant nog laten slijpen bij de specialisten in Antwerpen. Daardoor blijft de rekening stevig gepeperd.
Hoeveel de resulterende diamant dan uiteindelijk waard is, hangt af slechts voor een fractie af van de feitelijke productiekost. De subjectieve waarde die we eraan hechten weegt zwaarder door op de prijs. Een natuurlijke diamant is minstens een miljard jaar geleden in de aardmantel ontstaan, terwijl een kunstdiamant een maand geleden gesynthetiseerd kan zijn. Aan de eerste zullen de meeste mensen intuïtief een grotere waarde hechten.
Sommige bedrijven die kunstdiamant verkopen, benadrukken dat hun product fysisch identiek is met, of zelfs een perfecter rooster oplevert dan een gedolven edelsteen. Bovendien kunnen klanten eigenschappen zoals kleur en grootte uit een ruimer aanbod kiezen. Het syntheseproduct dat zij aanbieden is à la carte. Voor andere bedrijven is het productieproces een cruciaal onderdeel van de waarde van hun kunstdiamant: zij bieden aan om het koolstof uit de assen van een overledene tot een diamantje te persen. Hiervoor gebruiken ze de fysische methode met hoge druk en hoge temperatuur, die kleine diamanten van zeer hoge kwaliteit oplevert.
Maar ook daar rijzen spontaan vragen over de authenticiteit. Hoe kan je weten of het diamantje dat je krijgt écht koolstof bevat van het lichaam van de persoon die je wil herdenken? Aan de andere kant weet je van een natuurlijke diamant ook niet altijd in welke omstandigheden hij verkregen is. Hoeveel bloed hangt aan de ontginning ervan? Mijn advies: investeer niet in diamanten sieraden, maar wacht tot je een smartphone, tablet of pc met een labdiamanten chip kan kopen. Daarop kan je écht rekenen.
Loom tikte ik tegen de autoruit: “Glas is eigenlijk een vloeistof.” Ik zat achterin de auto samen met studiegenoot Karin. Haar vader reed en hij kaatste terug: “Welnee, het vloeit toch niet?” Tegen zijn onwankelbare vertouwen in gezond verstand kon ik als dromerige fysicastudent niet op.
De glasramen in Middeleeuwse kerken zijn onderaan vaak dikker. Deze eeuwenoude, stille getuigen lijken dus te bevestigen dat glas inderdaad traag stroomt. Dit ‘bewijs’ blijkt bij nader inzien echter geen stand te houden. Om te beginnen is er geen systematische studie gedaan op de diktevariaties in oude glasramen. Verder was het maken van grote glazen platen technisch gezien een hele krachttoer. Men draaide het glas tot een platte cilinder die aan de buitenkant dikker was. Zo waren er al van bij de productie diktevariaties aanwezig in het glas. Daarbij lijkt het wel zo verstandig om de dikste kant, die ook zwaarder en sterker is, waar mogelijk onderaan te plaatsen. Bovendien tonen berekeningen aan dat als glas merkbaar zou vloeien, het dan niet bovenaan dunner zou worden, maar verkorten! Dat komt niet overeen met wat we zien in die oude kerken.
Naar aanleiding van 
We waren een protocol aan het ontwikkelen om DNA aan diamant te koppelen (lees ook 
Drie weken geleden kreeg ik een vraag van een journaliste, die een stuk aan het voorbereiden was over “stralen” in de breedste zin van het woord. Iemand had haar verteld dat plasma een fysische toestand is waarin materie straalt. Zo was ze op 
Ja, gas kan zeker in plasma overgaan. Dat is precies het idee van faseovergangen: dezelfde stof kan in verschillende toestanden voorkomen en daarbij heel verschillende eigenschappen hebben.
In het laboratorium waar ik vroeger werkte, gebruikten we weer een andere manier om gas in plasma om te zetten: microgolven (zie ook 
Als een elektron terug aan een ion bindt, noemt men dit relaxeren, omdat het elektron daarbij van een vrije toestand met veel energie terugvalt naar een gebonden toestand met minder energie. Tijdens het relaxeren zendt het elektronen een pakketje energie uit in de vorm van een foton: licht. Daarom moet je moet voortdurend energie blijven pompen in een plasma, anders relaxeren alle elektronen onmiddellijk weer, waarbij ze allemaal slechts één keer licht uitzenden en daarna dooft het plasma uit. Nadat je een spaarlamp hebt aanzet, moet je de schakelaar dus aan laten staan zolang je licht wil hebben. Intussen zijn de elektronen in de spaarlamp voortdurend aan het fitnessen: zodra ze wat energie krijgen maken ze zich vrij van hun kern, maar kort daarna vallen ze weer terug bij een andere kern waarbij ze een pakketje energie uitsturen in de vorm van licht. Dan begint het weer voorafaan.
Onze zon is één grote plasmabol, net als alle andere sterren. Dit plasma wordt op gang gehouden door de kernreacties die plaatsvinden in de kern. Al het licht die wij op aarde van de zon ontvangen is dus het bewijs dat plasma inderdaad kan stralen. Het plasma van de zon zendt niet alleen zichtbaar licht uit, maar ook infrarode straling, die wij ervaren als stralingswarmte. Verder produceert de zon ultraviolet licht en zelfs röntgenstralen*, maar de aardse atmosfeer fungeert als een filter waardoor we die straling niet allemaal op onze bol krijgen. Bliksem is eigenlijk ook een plasma, net als het Noorderlicht, dat ik ooit met eigen ogen hoop te kunnen zien. Het Noorderlicht wordt veroorzaakt door deeltjes die met zo’n hoge snelheid de aardse atmosfeer bereiken dat er daarbij een stralend plasma ontstaat.
Zestig jaar geleden schreef 
(1) Diamantsmokkel: 
(2) Diamant recupereren na crematie: 
(3) Zirkonia: 
(4) Toepassing van diamant in satellieten en lasers: 
De winnaars van de Nobelprijzen 2012 worden 
In maart 2011 had ik nog geen blog. Anders had ik hier zeker verslag gedaan van 