Kwantumdots and don'ts

Hoe zou u kwantumdots uitleggen aan de gemiddelde student? 

"Ik maak de vergelijking met muziekinstrumenten, waarbij langere snaren op een gitaar een andere toon geven dan korte gitaarsnaren. Kwantumdots zijn geen snaren natuurlijk, maar hele kleine kristalletjes van een bepaald materiaal, zoals stoffen die cadmium bevatten . Als je die aanslaat, komt er geen geluid uit, maar wel licht. Sla je steeds kleinere kristallen aan, dan verschuift het licht volgens de kleuren van de regenboog, van rood naar blauw. Bij muziekinstrumenten kan je dus een hele waaier van toonhoogtes genereren door de lengte of de grootte van het instrument te veranderen, en wij kunnen een hele waaier aan kleuren gaan maken door de grootte van het object, het nanokristal, te wijzigen. Die kwantumdots kunnen we dan ook gaan mengen om eender welk kleurenspectrum te maken."

"Als we mensen willen aansporen om minder energie te verbruiken, moeten we ze ook een beter product aanbieden"

Wat zijn de toepassingen van kwantumdots in het dagelijkse leven? 

"Kwantumdots worden voornamelijk gebruikt in beeldschermen, waardoor ze energie-efficiënter en beter zijn. Beter in de zin dat ze een veel breder kleurenpalet hebben. Een gewoon beeldscherm maakt wit licht, maar om kleuren te maken, moet je rood, groen en blauw kunnen mengen. Dat doen ze door wit licht tegen te houden en enkel een stukje blauw, groen of  rood door te laten. Dus ze maken heel veel licht om er dan maar een klein deel van te gebruiken. Kwantumdots kunnen, afhankelijk van hun grootte, zuiver blauw, groen, of rood licht gaan uitstralen. En ook enkel die kleur. Hierdoor kunnen we meer kleuren maken en wordt het beeldscherm ook energie-efficiënter, omdat al het licht meteen de juiste kleur heeft. Als we mensen willen aansporen om minder energie te verbruiken, moeten we ze ook een beter product aanbieden."

"Over enkele jaren zal er een infrarooddetector in je smartphone zitten"

"Wij werken met camera's die niet-zichtbaar licht capteren en die via sensoren infraroodlicht kunnen waarnemen. Zo krijg je een breder palet aan kleuren, die wij met onze ogen niet kunnen zien, maar die chemische informatie meegeven. Dat kan voor heel veel dingen belangrijk zijn, een zelfrijdende auto moet bijvoorbeeld het onderscheid kunnen maken tussen een plastic zak en een steen op de weg. Met zichtbaar licht is dat niet eenvoudig, maar met infraroodlicht is dat heel makkelijk. Als je als consument bijvoorbeeld wil kijken of het fruit in de supermarkt al over datum of gekneusd is, zou dat binnen enkele jaren kunnen met de shortwave-infrarooddetector verwerkt in de camera van je smartphone. Kwantumdots kunnen licht uitstralen, maar het omgekeerde is ook mogelijk. Je kan licht dat erop invalt omzetten in een elektrische spanning en die bepalen."

Hoe worden de kwantumdots gemaakt?

"Daar heb je veel mogelijkheden. De kwantumdots waar de Nobelprijs voor zijn toegekend, zijn de zogenaamde colloïdale kwantumdots, die worden gemaakt als een soort inkt. Je wil in dit geval heel veel, heel kleine kristallen. Een voorbeeld van een kristal is keukenzout dat bestaat uit natrium en chloor die op een heel regelmatige manier zijn gerangschikt. Waar het bij kwantumdots om gaat, is dat je ook zo'n kristallijn materiaal maakt, maar op nanoschaal. Een ander voorbeeld is een sneeuwvlokje. Daarbij streef je ernaar om heel veel sneeuwvlokken te maken uit een bepaalde hoeveelheid water en niet naar twee sneeuwvlokken die al het water opgebruiken. Vaak heb je wedstrijden waarbij zo'n groot mogelijk kristal gevormd wordt. Wij doen eigenlijk het omgekeerde en proberen zoveel mogelijk heel kleine kristalletjes maken. Een nanokristal is misschien tien of twintig atomen lang, breed en diep. Dus je hebt een object waar in totaal 500 of 1000 van die atomen gerangschikt moeten worden. In het syntheseproces moet je ervoor zorgen dat je heel veel kiemen maakt van zo'n kristalletje, maar die kiemen nauwelijks kunnen doorgroeien. In eerste instantie gaan er misschien tien of twintig atomen samenkomen. Eens dat gebeurd is, mogen ze nauwelijks verder groeien. We willen ze niet veel groter hebben dan die afmetingen, omdat je dan effecten krijgt."

Wat is uw rol precies in het onderzoek naar kwantumdots? 

"Wij ontwikkelen hier nieuwe synthesemethodes, daarin hebben we wel wat impact gehad. De meeste kwantumdots zijn gebaseerd op cadmium. Die hebben een aantal voordelen, maar cadmium is heel toxisch en wordt niet gebruikt in de EU. Wij hebben een alternatief ontwikkeld. Daarnaast doen we veel rond spectroscopie, waarbij we onderzoeken hoe kwantumdots met licht interageren, hoe ze het absorberen en terug uitstralen. Ten slotte doen we heel veel werk rond lichtbronnen en infraroodsensoren. We ontwikkelen en analyseren ze op basis van kwantumdots. We proberen dus het hele proces te doorlopen, van synthese tot chemische en fysische analyses en uiteindelijk ook het gebruik."

Een vogeltje heeft ons ingefluisterd dat u een fervent fietser bent. Wat is uw favoriete route?

"Mijn favoriete route ligt in Centraal-Italië. Campo Imperatore, dat is een hoogvlakte in de Apennijnen en het is mijn favoriete plek. Het is daar heel mooi."