Beeldschermen worden almaar beter. Dat is mede te danken aan de wetenschappers die materialen die licht creëren steeds verder ontwikkelen, onder wie materiaalwetenschapper Freddy Rabouw.
De materialen waar u onderzoek naar doet heten nanokristallen. Wat zijn dat?
‘Dat zijn superkleine kristallen, met een diameter van ongeveer 10 nanometer, 10.000 keer kleiner dan de dikte van een menselijke haar. Dertig jaar geleden ontdekte een team onderzoekers dat deze ontzettend kleine kristallen andere eigenschappen vertonen dan wanneer ze een macroscopische grootte hebben. Nanokristallen van sommige materialen, waaronder het metaal cadmium, zenden bijvoorbeeld mooi licht uit. Met dit metaal kun je de beste resultaten krijgen.’
Hoe doet u onderzoek naar deze minuscule materialen?
‘Wetenschappers – ik ook – maken nanokristallen met miljarden tegelijk, door zoutoplossingen bij elkaar te voegen. De kristallen die daarbij ontstaan, zijn niet allemaal exact even groot: sommige hebben een iets grotere diameter dan 10 nanometer, andere een iets kleinere. Ik beschijn ze met een laser en onderzoek dan met de microscoop hoe ze licht uitzenden. Nanokristallen die van grootte verschillen, doen dat net op een andere manier. Als de diameter van zo’n kristal 10 nanometer is, levert hij bijvoorbeeld puur groen licht. Als hij ietsje kleiner is, zendt hij blauwgroen licht uit. Een iets grotere diameter zorgt juist voor geelgroen licht.’
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Ik onderzoek waardoor die variaties in licht tot stand komen en of we die kunnen voorkomen, zodat we uiteindelijk nanokristallen kunnen maken die allemaal dezelfde, goede eigenschappen hebben en precies de juiste kleur creëren.’
Waarom is het zo belangrijk dat ze puur licht creëren?
‘Nanokristallen zijn onder andere goed te gebruiken in apparaten waarmee we dagelijks te maken hebben, zoals televisies en telefoons. Bij de schermen van deze apparaten is het belangrijk dat de kleuren zo verzadigd mogelijk zijn. Als die kleuren niet puur zijn, zien schermen er flets uit. Normaal gebruikt men filters om alle ongewenste kleurcomponenten weg te filteren, bijvoorbeeld als er een beetje geelgroen in de groene pixel zit. Veel kleuren gaan door die filters verloren. Een uitdaging voor mij en andere onderzoekers is de kleuren die de kristallen creëren zo verzadigd mogelijk te krijgen en dat met een zo groot mogelijke efficiëntie.’
Dus eigenlijk is het ook duurzamer om nanokristallen in onze schermen te gebruiken?
‘Van de energie die je telefoon gebruikt, gaat al snel 10 tot 20 procent in de verlichting zitten. Als je geen filters meer hoeft te gebruiken voor betere lichtkleuren, kan dat een hoop energie schelen omdat je geen kleuren en dus licht weggooit.’
Nanokristallen kunnen echter op een andere manier helpen bij verduurzaming. Ze zijn geschikt voor zonnecellen of ramen die stroom opwekken. De kristallen zenden namelijk niet alleen licht uit, maar ze kunnen ook alle kleuren licht goed absorberen. Opgenomen zonlicht kunnen ze doorsturen naar zonnecellen om het daar te laten omzetten in energie.
Eind vorige eeuw wisten onderzoekers nog niet waar ze nanokristallen voor konden gebruiken of wat het nut ervan was. Maar er zijn dus allerlei toepassingen mogelijk.’
Welke toepassingen zijn nog meer mogelijk?
‘Medisch onderzoek kan nanokristallen ook goed gebruiken, omdat je ze met een camera kunt volgen door het mooie licht dat ze uitzenden. Als je ze vastmaakt aan bepaalde eiwitten, kun je zien waar deze eiwitten in een lichaam blijven.
Op dezelfde wijze zijn ze geschikt voor katalyseonderzoek. Katalytische processen zijn heel complex. Er zijn nog niet veel details bekend over wat er gebeurt in een katalysator. Met nanokristallen kun je kijken waar de chemicaliën in een katalysator naartoe gaan en beter begrijpen wat er intern precies plaatsvindt.’
U vertelde dat de beste nanokristallen meestal het zware metaal cadmium bevatten. Dat wil je toch liever niet in je lichaam hebben?
‘Klopt, cadmium is giftig. In de Europese Unie mag het niet in consumentenproducten voorkomen, dus niet in televisie- en telefoonschermen et cetera. Kristallen met cadmium leveren tot nu toe wel de mooiste eigenschappen, maar dat komt onder meer doordat we er al dertig jaar mee werken. Veel mensen, zowel van universiteiten als in de industrie, onderzoeken en ontwikkelen andere materialen. Indium is een voorbeeld dat in de praktijk voorkomt. Maar het nadeel van dat metaal is dat het zeldzaam is en het ook voor allerlei andere technologieën nodig is. Als we de eigenschappen van alternatieve nanokristallen beter begrijpen, kunnen we ze gerichter optimaliseren en vervolgens dingen zoals de verzadigdheid van de kleur verbeteren. De efficiëntie van kristallen die uit andere materialen bestaan, verbetert steeds wat, maar er is jaren onderzoek voor nodig.
Eigenlijk zijn de ontwikkelingen met nanokristallen een mooi voorbeeld van fundamenteel onderzoek dat op het eerste gezicht nutteloos lijkt, maar op de lange termijn tot allerlei toepassingen kan leiden, ook voor gewone consumenten.’
