Schieten met een zo plat mogelijke pannenkoek

De Nuna die over twintig jaar de race door Australië wint is mogelijk compleet van plastic. Ook de zonnecellen, nu nog gemaakt van galliumarsenide, kunnen dan worden vervangen door een lichtere kunststof. Voorlopig hebben ‘geleidende’ kunststoffen tientallen procenten minder rendement dan de Nuna-cellen. Maar de voordelen van kunststof, behalve het gewicht ook de buigzaamheid, zijn genoeg reden om verder te zoeken.

De sectie stralingschemie van Siebbeles doet dit. Al sinds het eind van het vorige millennium zoekt de sectie naar de meest ideale kunststof die onder invloed van licht zo snel mogelijk stroom geleidt. Aanvankelijk gebeurde dit enkel met een elektronenkanon. Dit leverde wel een Nature-publicatie op, maar nog geen zonnecel.

Met dubbele bewapening moet dit veranderen. Siebbeles wil nu met zowel een femtosecondelaser (laser met extreem korte pulsen) als een daardoor aangestuurd elektronenkanon op polymeren schieten. Elektronen in die polymeren worden zo respectievelijk aangeslagen en losgerukt.

Siebbeles wil exact weten waar die elektronen nu allemaal blijven. Maar dit was tot nu toe nog niet mogelijk. ,,Je kunt onze metingen tot nu toe vergelijken met een feestje waar je laat na middernacht aankomt”, zegt Siebbeles. ,,Al het bezoek is al weg en je moet uit de glazen op tafel en de lege chipszakken afleiden hoe gezellig het was.”

Probleem was de ’traagheid’ van het oude elektronenkanon. ,,Die geeft per nanoseconde een puls”, zegt Siebbeles. ,,De pulsen van het elektronenkanon waren zo lang dat veel elektronen, de feestgangers dus, al weer waren teruggevallen voor je kon meten. Terwijl we juist van die elektronen het gedrag willen weten.”

Zijn nieuwe kanon moet met behulp van de Vici-subsidie nu duizend keer sneller schieten. Spil in dit nieuwe apparaat is een laser die met pulsen van 30 femtoseconden (een miljoen maal korter dan een nanoseconde) op een kathode schiet. Deze puls maakt elektronen vrij.

,,Er ontstaat een wolk van elektronen die elkaar onderling afstoten”, zegt Siebbeles. ,,Bij een trage puls ontstaat door die afstoting een oliebol. Elektronen komen zo op heel verschillende tijdstippen het materiaal binnen waarop je het afschiet. Met het nieuwe kanon krijgen we een dunne pannenkoek van elektronen die allemaal op hetzelfde tijdstip binnenkomen.”

De pulsen van het kanon beuken de elektronen in een polymeer los die vervolgens aan de zwerf gaan. Met behulp van optische en terahertzgolven die aan de zijkant binnenkomen, ziet Siebbeles hoe deze elektronen zich gedragen.

Uiteindelijk vertelt het gedrag van deze ladingen of een polymeer als een snelweg geleidt of juist een landweg. ,,Sommige polymeren, zoals polythiofeen gedragen zich als een hobbelige weg met kuilen”, zegt Siebbeles. ,,Het PPV waarmee we werken is meer een snelweg waar elektronen gemakkelijk door bewegen. Maar het nadeel van PPV is dat een lading minder makkelijk op een andere keten overspringt.”

Hoe kan het ook anders, bij James Bond werd een eerste toepassing gebruikt van geleidende kunststof. ,,Hij had zo’n Philishave met geleidende kunststof die licht gaf”, zegt Siebbeles. ,,In het Natlab in Eindhoven doen ze daar veel onderzoek mee. Van hen leen ik ook ideeën voor nieuwe polymere materialen met betere geleidingseigenschappen. De toepassingen waar zij aan werken zijn anders. Zij werken bijvoorbeeld aan oprolbare kunststof beeldschermen en plastic transistoren.”

De Nuna die over twintig jaar de race door Australië wint is mogelijk compleet van plastic. Ook de zonnecellen, nu nog gemaakt van galliumarsenide, kunnen dan worden vervangen door een lichtere kunststof. Voorlopig hebben ‘geleidende’ kunststoffen tientallen procenten minder rendement dan de Nuna-cellen. Maar de voordelen van kunststof, behalve het gewicht ook de buigzaamheid, zijn genoeg reden om verder te zoeken.



De sectie stralingschemie van Siebbeles doet dit. Al sinds het eind van het vorige millennium zoekt de sectie naar de meest ideale kunststof die onder invloed van licht zo snel mogelijk stroom geleidt. Aanvankelijk gebeurde dit enkel met een elektronenkanon. Dit leverde wel een Nature-publicatie op, maar nog geen zonnecel.



Met dubbele bewapening moet dit veranderen. Siebbeles wil nu met zowel een femtosecondelaser (laser met extreem korte pulsen) als een daardoor aangestuurd elektronenkanon op polymeren schieten. Elektronen in die polymeren worden zo respectievelijk aangeslagen en losgerukt.



Siebbeles wil exact weten waar die elektronen nu allemaal blijven. Maar dit was tot nu toe nog niet mogelijk. ,,Je kunt onze metingen tot nu toe vergelijken met een feestje waar je laat na middernacht aankomt”, zegt Siebbeles. ,,Al het bezoek is al weg en je moet uit de glazen op tafel en de lege chipszakken afleiden hoe gezellig het was.”



Probleem was de ’traagheid’ van het oude elektronenkanon. ,,Die geeft per nanoseconde een puls”, zegt Siebbeles. ,,De pulsen van het elektronenkanon waren zo lang dat veel elektronen, de feestgangers dus, al weer waren teruggevallen voor je kon meten. Terwijl we juist van die elektronen het gedrag willen weten.”



Zijn nieuwe kanon moet met behulp van de Vici-subsidie nu duizend keer sneller schieten. Spil in dit nieuwe apparaat is een laser die met pulsen van 30 femtoseconden (een miljoen maal korter dan een nanoseconde) op een kathode schiet. Deze puls maakt elektronen vrij.



,,Er ontstaat een wolk van elektronen die elkaar onderling afstoten”, zegt Siebbeles. ,,Bij een trage puls ontstaat door die afstoting een oliebol. Elektronen komen zo op heel verschillende tijdstippen het materiaal binnen waarop je het afschiet. Met het nieuwe kanon krijgen we een dunne pannenkoek van elektronen die allemaal op hetzelfde tijdstip binnenkomen.”



De pulsen van het kanon beuken de elektronen in een polymeer los die vervolgens aan de zwerf gaan. Met behulp van optische en terahertzgolven die aan de zijkant binnenkomen, ziet Siebbeles hoe deze elektronen zich gedragen.



Uiteindelijk vertelt het gedrag van deze ladingen of een polymeer als een snelweg geleidt of juist een landweg. ,,Sommige polymeren, zoals polythiofeen gedragen zich als een hobbelige weg met kuilen”, zegt Siebbeles. ,,Het PPV waarmee we werken is meer een snelweg waar elektronen gemakkelijk door bewegen. Maar het nadeel van PPV is dat een lading minder makkelijk op een andere keten overspringt.”



Hoe kan het ook anders, bij James Bond werd een eerste toepassing gebruikt van geleidende kunststof. ,,Hij had zo’n Philishave met geleidende kunststof die licht gaf”, zegt Siebbeles. ,,In het Natlab in Eindhoven doen ze daar veel onderzoek mee. Van hen leen ik ook ideeën voor nieuwe polymere materialen met betere geleidingseigenschappen. De toepassingen waar zij aan werken zijn anders. Zij werken bijvoorbeeld aan oprolbare kunststof beeldschermen en plastic transistoren.”