Rendement van toekomstige TL- en ledverlichting sterk verhoogd?

Onderzoekers van de KU Leuven en de Université de Strasbourg & CNRS ontdekten een nieuw materiaal, een fosfor, om TL- en ledverlichting in de toekomst nog efficiënter en goedkoper te maken. Ze maken daarbij gebruik van sterk lichtgevende clusters van zilveratomen en zeolieten, een soort mineraal.

Zilverclusters zijn materialen die bestaan uit slechts enkele zilveratomen. Een zilvercluster heeft opmerkelijke optische eigenschappen. Het huidige gebruik van dergelijke clusters is beperkt, omdat zij automatisch reageren tot grotere deeltjes, waardoor ze niet langer de juiste eigenschappen bezitten. Professor Hofkens en zijn team van de Afdeling Moleculaire Visualisatie en Fotonica vonden een manier om de zilverclusters gescheiden te houden van elkaar: door de clusters ‘onder te brengen' in de poreuze structuur van zeolieten. Het eindresultaat zijn stabiele zilverclusters die hun interessante eigenschappen behouden.

 

Zeolieten 

Zeolieten zijn mineralen die beschikbaar zijn in de natuur of synthetisch gemaakt kunnen worden op industriële schaal. Ze hebben een zeer rigide en goed bekende structuur die bestaat uit kleine kanalen en holtes, waardoor ze al gebruikt worden voor heel wat huishoudelijke en industriële toepassingen. Denk daarbij bijvoorbeeld aan waspoeder of waterzuivering.

 

Professor Maarten Roeffaers van het Centrum voor Oppervlaktechemie en Katalyse werkte aan het onderzoek mee: "Zeolieten bevatten natrium- of kaliumionen. Via ion-uitwisseling konden we deze ionen vervangen door zilverionen. Om de gewenste clusters te krijgen, hebben we de zeolieten met daarin de zilverionen verwarmd, waardoor de ionen samenklitten tot zilverclusters."

 

Vorm is essentieel

Nadien namen de onderzoekers, in samenwerking met het laboratorium vastestoffysica onder leiding van professor Peter Lievens, de eigenschappen van deze nieuwe ‘zilverzeolieten' onder de loep. Aan de hand van geavanceerde technieken konden ze vaststellen dat de structurele, elektronische, en optische eigenschappen van het zeoliet sterk werden beïnvloed door de zilverclusters. Zo kwamen ze erachter dat de vorm van de zilverclusters essentieel is om de gewenste fluorescentie-eigenschappen te bekomen.

 

Professor Johan Hofkens licht toe: "Clusters van zilveratomen kunnen zich op verschillende manieren organiseren, bijvoorbeeld als een lijn of als een piramide. Het is deze piramidale vorm die we nodig hebben om de gewenste fluorescentie-eigenschappen te verkrijjgen. Door de zilverionen in het zeolietrooster te verwarmen, nemen zij vanzelf deze vorm aan. Doordat zij als het ware ‘gevangen' zitten in de holtes van de zeolieten kunnen ze enkel een piramide vormen met maximaal 4 zilveratomen en dit is exact de vorm en grootte waarin de zilvercluster maximaal fluorescentielicht afgeeft, bijna 100%."

 

Deze bevindingen zijn van groot belang voor de toekomstige ontwikkeling van nieuwe TL- of ledverlichting of biologische beeldvorming. Dit niet alleen omwille van het vele licht dat de nieuwe fosfors afgeven, maar ook omwille van de lage kostprijs die de productie met zich meebrengt.

Tine Danschutter, KU Leuven