Foto: Vittorio Saggiomo Afhankelijk van de lichtinval kun je er doorheen kijken of niet.
Onderzoeker Vittorio Saggiomo van de BioNanoTechnology groep demonstreert het effect met het licht van zijn mobieltje. In zijn hand heeft hij een kleine, ondoorzichtige roodbruine beker. Maar houdt hij de lamp achter de beker, dan wordt het ding plotseling paars doorschijnend. Het lijkt magie. De beker is 3D geprint in zijn lab en verschiet van kleur al naargelang de positie van de lichtbron.
Klompjes goud
Wat hij hier demonstreert is het zogeheten dichroïsch (twee kleuren) effect van het printmateriaal. In dit geval een bewerking van het in 3D-printland veel gebruikte polymeer pva (polyvinylalcohol). Het kleureffect ontstaat door de toevoeging van gouden nanodeeltjes aan de pva. De kleine klompjes goud reflecteren het licht of laten het door, al naargelang hun omvang.
Saggiomo is de geestelijk vader van het dichroïsch printmateriaal. Maar de ontdekking van het lichteffect door nanogouddeeltjes staat op naam van masterstudent Lars Kool. Hij deed die ontdekking twee jaar geleden tijdens een bachelorpracticum bionanotechnologie, dat gegeven wordt door Saggiomo. De opdracht was goudnanodeeltjes te maken door goud-ionen te reduceren met citroenzuur.
Ik geef mijn studenten altijd veel ruimte in de practica
Vittorio Saggiomo
‘Eigenlijk is het een heel simpele synthese’, kijkt Kool op de proef terug. Daarop spoorde Saggiomo zijn studenten aan om wat te gaan experimenteren. ‘Kijk eens wat er dan gebeurt en probeer dat te verklaren. Ik geef mijn studenten altijd veel ruimte in de practica.’ Kool veranderde de verhouding van de ingrediënten uit het voorschrift drastisch. Om precies te zijn: hij gebruikte veel minder citroenzuur en meer goud.
Het effect was spectaculair. De oplossing veranderde in een paar minuten tijd van geel tot pikzwart, om te eindigen in oranje. Maar bovenal: de ontstane oplossing bleek dichroïsch. Een deel van het opvallende licht werd gereflecteerd, wat een bruinige kleur opleverde. Het paarse deel van het licht werd doorgelaten. ‘Dit hadden we totaal niet verwacht’, zegt Kool.
Goedkoop
Het dichroïsch effect treedt op bij een bepaalde verhouding van de goud- en citroenzuuroplossingen. De goudklompjes die dan worden gevormd zijn 50-60 nanometer groot en ovaal van vorm. En, niet onbelangrijk, het spul is eenvoudig en goedkoop te maken. Kool: ‘Goud is op zich duur, maar de gebruikte concentraties zijn erg laag. In zo’n beker zit veel minder goud verwerkt dan in een mobiele telefoon.’
Je kunt er bijvoorbeeld lenzen mee maken die selectief licht doorlaten
Vittorio Saggiomo
De verwerking van de nanodeeltjes in het pva bleek al even eenvoudig. Saggiomo printte een beker naar voorbeeld van de Lycurgus-beker uit het British Museum. Deze beker uit de 4de eeuw is ook dichroïsch en kleurt rood of groenig naar gelang de lichtval. Ook hier zijn nanodeeltjes (goud en zilver) verantwoordelijk voor het effect. Het is niet duidelijk of dit effect destijds toevallig is ontstaan of berust op verfijnd vakmanschap.
Zonnecellen
Saggiomo ziet volop toepassingen voor het gebruik van de eigenschappen van nanodeeltjes in 3D-printing. ‘Je kunt er lenzen mee maken die selectief licht doorlaten. Met 3D printers kun je er elke denkbare vorm mee maken. Je kunt het effect ook gebruiken in zonnecellen om licht te concentreren. Of je gebruikt die nanodeeltjes in sensors.’ Lars Kool hoopt na de zomer af te studeren en wil dan het liefst als promovendus verder met zijn vinding.