3 apr. 2014
2 minuten
Scheikundigen van de Universiteit Utrecht en Stichting FOM hebben het debat beslecht over een fundamentele vraag die speelt bij de omzetting van één kleur licht in een andere kleur. Zij lieten zien dat de snelheid van de energieoverdracht tussen luminescerende deeltjes niet afhankelijk is van lichteigenschappen van de omgeving, zoals de brekingsindex. Dit is belangrijk voor toepassingen variërend van lampen en zonnecellen tot bio-imaging.
Sommige luminescerende deeltjes absorberen gemakkelijk bepaalde kleuren licht, zoals UV of infrarood. Zij kunnen dit licht in de vorm van energie overdragen op een naburig deeltje, die het omzet naar licht van een andere, meer gewenste, kleur. Dit gebeurt bijvoorbeeld in TL-buizen. De fundamentele vraag was of de efficiëntie van de energieoverdracht tussen de luminescerende deeltjes beïnvloed wordt door de lichteigenschappen van de omgeving, zoals de brekingsindex. Experimenten van andere onderzoekers lieten tegenstrijdige uitkomsten zien.
Uiterst gecontroleerd systeem
Scheikundehoogleraar en FOM-werkgroepleider prof.dr. Andries Meijerink van de Universiteit Utrecht en FOM-promovendus Freddy Rabouw vroegen zich af of in eerdere onderzoeken naar deze fundamentele vraag wel voldoende rekening was gehouden met neveneffecten. Daarom ontwierpen zij voor hun onderzoek een uiterst gecontroleerd systeem. Zo werkten ze met nanokristallen omdat hierin de afstand tussen atomen steeds gelijk is en deze afstand de energieoverdracht beïnvloedt.
In de nanokristallen zaten de zeldzame aarden cerium en terbium. Cerium absorbeert makkelijk UV-licht en kan dit uitzenden, óf overdragen aan terbium in de vorm van energie. Als de energie wordt overgedragen, zendt terbium deze weer uit in de vorm van zichtbaar groen licht. De nanokristallen werden opgelost in transparante oplosmiddelen met verschillende brekingsindices. Hierdoor waren de lichteigenschappen van de omgeving steeds net iets anders. Vervolgens keken de onderzoekers hoe snel en hoe efficiënt dit systeem UV-licht omzette in groen licht.
Energieoverdracht onafhankelijk van omgeving
Bekend was dat het uitzenden van licht door een deeltje afhangt van de lichteigenschappen van de omgeving. Dit bleek ook uit dit experiment: hoe lager de brekingsindex, des te minder UV licht werd uitgezonden en des te meer UV licht werd omgezet in zichtbaar groen licht.
De kritieke stap, de energieoverdracht van cerium naar terbium, bleek in ieder oplosmiddel echter even snel plaats te vinden. "Dit was nog niet eerder waargenomen. De snelheid van de energieoverdracht tussen twee luminescerende deeltjes wordt dus niet beïnvloed door de lichteigenschappen van de omgeving. Dat is belangrijke informatie voor toepassingen waarbij onzichtbaar UV of infrarood licht wordt omgezet in zichtbaar licht", aldus prof. Andries Meijerink.
Toepassingen
Voorbeelden van dergelijke toepassingen zijn nieuwe, efficiënte lichtbronnen die een prettige kleur licht geven, maar ook zonnecellen en medische scans. "Zonnecellen absorberen een groot deel van het infrarode licht van de zon niet. Met deze kennis kunnen mogelijk systemen ontwikkeld worden die het infrarode deel van het zonlicht wel voldoende efficiënt omzetten in energie. Daarnaast zoeken medici naar nanodeeltjes die luminesceren bij andere kleuren dan het achtergrondsignaal van het lichaam zelf, zodat ze die door het lichaam kunnen volgen", licht promovendus Freddy Rabouw toe.
"Photonic effects on the Förster resonance energy transfer efficiency", Freddy Rabouw MSc, prof.dr. Andries Meijerink, Nature Communications 2 april 2014.
Anderen lazen ook
