Slimme gouddeeltjes sturen licht en chemische reacties aan
Natuurkundige Quynh Nhu Nguyen heeft een nieuwe manier ontwikkeld om minuscule gouddeeltjes nauwkeurig af te stemmen op hun interactie met licht. De resultaten kunnen bijdragen aan efficiëntere sensoren, betere zonnecellen en nieuwe vormen van lichtgestuurde chemie.
Het onderzoek richtte zich op zogenoemde kern-schilnanodeeltjes: extreem kleine gouddeeltjes die worden bedekt met een dunne laag van een ander materiaal. Door de grootte, vorm en samenstelling van deze deeltjes precies te controleren, blijkt het mogelijk om hun optische eigenschappen gericht aan te passen.
Nhu Nguyen ontwikkelde onder meer een methode om gouddeeltjes te voorzien van een schil van aluminium-gedoteerd zinkoxide. Daarbij kon hij onafhankelijk de grootte van de gouden kern, de dikte van de schil en de hoeveelheid aluminium variëren. Hierdoor ontstond een grote mate van controle over hoe de deeltjes licht absorberen en verstrooien.
Daarnaast ontdekte Nhu Nguyen dat licht zelf gebruikt kan worden om een zilverschil op gouddeeltjes te laten groeien. Daarbij bleek dat kleine bolvormige gouddeeltjes geabsorbeerd licht bijzonder efficiënt inzetten om chemische reacties aan te drijven. Bij gouddeeltjes met scherpe randen en hoeken verliep de groei van zilver juist anders: daar vormde het zilver zich vooral op de randen van het deeltje.
Om de processen te onderzoeken maakten Nhu Nguyen de nanodeeltjes stap voor stap in vloeistof met colloïdale chemie. Vervolgens analyseerden zij de eigenschappen met spectroscopie en elektronenmicroscopie. Zo konden ze precies volgen hoe licht, vorm en materiaal samen het gedrag van de nanodeeltjes bepalen.
Nanomaterialen die licht efficiënt kunnen sturen of versterken spelen een belangrijke rol in toekomstige technologieën. Zo kunnen ze worden ingezet in uiterst gevoelige sensoren voor medische diagnostiek of milieumetingen. Ook bieden ze kansen voor fotonica, waarbij licht in plaats van elektriciteit wordt gebruikt voor informatieverwerking.
Daarnaast kan de technologie bijdragen aan efficiëntere zonne-energie en duurzamere chemische processen. Omdat de deeltjes licht gebruiken om reacties aan te drijven, ontstaat perspectief op nieuwe vormen van chemie die minder energie verbruiken en preciezer verlopen.
Volgens Nhu Nguyen laat het werk vooral zien hoe belangrijk nanoschaalontwerp is: door materialen op atoom- en nanoniveau slim op te bouwen, kunnen volledig nieuwe eigenschappen ontstaan die op grotere schaal niet voorkomen.
Meer informatie over het proefschrift