Een ouderwetse nachtkijker. De nieuwe past op een contactlens
Onderzoekers van de Ann Arbor-universiteit in Michigan (VS) hebben met grafeen een sandwichsysteem ontworpen waarmee infraroodlicht zichtbaar wordt. Dat is zo minuscuul dat het op een contactlens of een mobiel zou zijn toe te passen, zo valt er te lezen in het Franse webblad Futura Sciences. Lees verder
Een plak met tientallen ontvangerchips met grafeentransistoren (foto: IBM)
Grafeen is het wondermateri-aal dat op zoek lijkt naar een toepassing. Of beter: er worden vele toepassingen voorgesteld, maar de praktijk moet nog maar bewijzen of die maakbaar zijn en dan hebben we het niet in de laatste plaats over het maken van grafeen (wat nog geen sinecure is). Ergens in de labs van de voormalige toptech nummer 1 IBM in Yorkdown Heights (New York) werden via radiosignalen drie letters verstuurd (je mag raden welke). Het bijzondere aan deze ‘uitzending’ is dat die werden ontvangen door een grafeenradiochip. Lees verder
De toestand van een topologisch Dirac-halfmetaal (TDS) komt voor op de overgang van normale isolator naar een topologische isolator.
Het lijkt er op of tegenwoordig alles (of althans veel) dat op het gebied van materiaal ontdekt wordt op het bord met het opschrift ‘kwantumcom-puter’ wordt gegooid. Onderzoekers van het Lawrence Berkeley-lab, onderdeel van het Amerikaanse ministerie van energie, vonden dat elektronen in natriumbismutaat, een natriumzout van bismutzuur, zich net zo gedragen als in grafeen, als een, zo als dat genoemd wordt, een driedimensionaal Dirac-halfmetaal (3DTDS). Dit is de eerste keer dat het bestaan van zogeheten 3d-Diracfermionen is aangetoond in het inwendige van een materiaal. Tot nu toe zijn die alleen waargenomen in het platte vlak in grafeen en in topologische isolatoren. Nog niet zo lang geleden is dat door theoretici voorspeld. “Stoffen met die eigenschappen zijn het driedimensionale equivalent van grafeen met eenzelfde of zelfs betere elektronmobiliteit”, zegt Yulin Chen van het lichtlab van Lawrence Berkeley, tegenwoordig werkzaam op de universiteit van het Engelse Oxford. “Vanwege de 3d-Diracfermionen vertonen deze materialen ook magnetische eigenschappen die veel beter zijn dan die van materialen die nu gebruikt worden voor harde schijven en ook zouden ze de basis kunnen vormen van efficiëntere optische sensoren.” Met andere woorden: de verkleining van geheugenopslagruimte hoeft nog niet ten einde te zijn.
Lees verder
Ach, grafeen is overal goed voor. Ook voor zonnecellen. Grafeen geleidt de elektriciteit als de beste en is transparant voor zonlicht. Klein probleem: grafeen bestaat slechts uit een honingraatachtige structuur met een dikte van slechts 1 (schrijve een) koolstofatoom. Maak daar maar eens fatsoenlijke zonnecellen van. Dat betekent dat grafeen moet samenwerken met andere materialen, maar die kunnen de, zo voortreffelijke, eigenschappen van grafeen drastisch veranderen. Gelukkig blijkt dat grafeen het prima kan vinden met silicium, vanouds hét materiaal voor zonnecellen.
Grafeen bedekt met silicium houdt zijn eigenschappen
Onderzoek aan de universiteit van Californië onder leiding van Alexander Balandin heeft waarschijnlijk een remedie opgeleverd voor een zwakte in de verder zo voortreffelijke eigenschappen van grafeen. Voor toepassing in de elektronica kan grafeen bogen op een uitstekende elektrische en ook thermische geleidbaarheid. Het zwakke punt van grafeen bij toepassing in de elektronica is echter dat het geen verboden zone of bandkloof heeft zoals halfgeleiders. Dat betekent in gewone-mensentermen dat een grafeentransistor nooit helemaal uitgezet (=0) kan worden. Die blijft lekken. Dat is in de wereld van de enen en de nullen een probleem. Pogingen om grafeen een bandkloof te bezorgen via trucs als kwantumputten of oppervlaktebehandeling hadden geen succes.
Het Californische onderzoeksteam besloot niet het materiaal te veranderen, maar de manier waarop de informatie wordt verwerkt. De huidige computers werken met Booleaanse algebra, met de enen en de nullen. De onderzoekers lieten zien dat je met grafeen niet-Booleaanse rekentechnieken kunt toepassen, die gebruik maken van niet-lineaire netwerken. Als je gebruik maakt van de elektrische eigenschappen van grafeen, is ook met dat ‘lekke’ materiaal te rekenen, tonen de onderzoekers in hun studie aan, zo lang je maar geen Booleaanse algebra probeert te gebruiken. Als die technieken worden toegepast, dan zou, met grafeen, de schaalgrootte weer een stuk naar beneden kunnen bij een weer geringer energieverbruik en blijft Moore (die van de wet) weer langer blij.
Bron: Eurekalert
In een capsule gevuld met stikstof, grafeen en kogeltjes, werd stikstof ‘mechanisch’ verbonden met koolstof. Het onstane stikstofgrafeen zou een prima vervanger zijn van platina in zonne- en brandstofcellen.
80% van de aardatmosfeer bestaat uit stikstof in de vorm van een atoompaar. Dat stikstofmolecuul reageert moeilijk met andere verbindingen en elementen. Bij een proces om ammoniak te maken, het Haber-Bosch-proces, wordt stikstof met veel ‘geweld’ (ruim 400°C en drukken van 10 tot zo’n 100 MPa (= 1000 atmosfeer)) aan waterstof gekoppeld. Een onderzoeksgroep aan de Zuid-Koreaanse Ulsan-instituut voor wetenschap en technologie heeft een aanzienlijk milieuvriendelijker en goedkopere manier ontwikkeld om stikstof te laten reageren met grafeen (een verschijningsvorm van koolstof). De groep rond Jong-Beom Baek mengde stikstof met grafeen met behulp van stalen kogels van een halve centimeter in diameter. Stikstof bleek zich te binden aan de koolstofatomen in het grafeen wier band met een ander koolstofatoom door de kogeltjes waren ‘stukgeslagen’. Geen hoge drukken en temperaturen meer, zo lijkt het, want als stikstof eenmaal een verbinding is aangegaan, dan reageert het makkelijk(er) verder met andere elementen en verbindingen.
Dat zou een richting kunnen zijn, maar het genitrogeneerde grafeen zou ook een prima vervanger kunnen zijn voor de platina-elektrodes die worden gebruikt in ‘organische’ zonnecellen en PEM-brandstofcellen, beide min of meer duurzame energietechnieken. Grafeen is wel een kandidaat als platina-vervanger, maar met de huidige technieken wordt de vervaardiging van een koolstof-elektrodes veel te duur, schrijven de onderzoekers in Scientific Reports van het blad Nature. Het goedkoop te produceren stikstofgrafeen zou een uitstekend alternatief zijn, denken zij.
Bron: Science Daily
NWO-Spinozalaureaten Bert Weckhuysen, Piek Vossen en Michail Katsnelson met NWO-voorzitter Jos Engelen na de bekendmaking van de NWO-Spinozapremies 2013. (Foto: NWO/Arie Wapenaar)
Vandaag heeft de Nederlandse organisatie voor wetenschappelijk onderzoek NWO aan drie in Nederland werkende onderzoekers de Spinozaprijs toegekend. De gelukkigen zijn: de natuurkundige Michail Katsnelson (Rusland), chemicus Bert Weckhuysen (België) en taalwetenschapper Piek Vossen (Nederland). Dat maakte Jos Engelen, de voorzitter van NWO, bekend tijdens de jaarlijkse Bessensap-bijeenkomst. De prijzen, elk € 2,5 miljoen, zullen in het najaar worden uitgereikt. De onderzoekers mogen dat geld geheel naar eigen inzicht voor eigen onderzoek gebruiken.
Natuurkundige Michail Katsnelson (1957) van de Radboud Universiteit in Nijmegen, hoogleraar theoretische natuurkunde, is wereldwijd de meest geciteerde en invloedrijkste theoreticus op het gebied van grafeen. Zijn publicaties over dit onderwerp zijn 12.000 keer geciteerd. André Geim, die in 2010 de Nobelprijs voor de natuurkunde ontving voor de ontdekking van grafeen, noemde het werk van Katsnelson onmisbaar. Het onderzoek van Katsnelson ligt ten grondslag aan vrijwel alle ontdekkingen en voorspellingen over grafeen. Hij voorspelde onder andere Klein-tunneling in grafeen en het veranderen van de elektrische eigenschappen van grafeen als het materiaal wordt opgerekt. Grafeen heeft vele opzienbarende eigenschappen, die nog lang niet alle ontdekt zijn.
Piek Vossen (1960) is hoogleraar computationele lexicologie aan de Vrije Universiteit Amsterdam. Hij combineert taalwetenschap en informatica om taalkundige verschijnselen te analyseren met de hulp van computermodellen. Hij maakte voor de Europese Unie ‘wordnets’ in acht talen. Wordnets zijn spinnenwebben van alle woorden van een taal, met elkaar verbonden op basis van betekenis. Door de wordnets onderling te koppelen legde Vossen de basis voor systematisch onderzoek naar de verschillen en overeenkomsten en naar betekenis en cultuur in talen. Wordnets maken het bovendien mogelijk dat taal beter begrepen wordt door machines.
Vossen breidde het project vervolgens uit en richtte samen met andere wetenschappers in 2000 de Global WordNet Association op, waarvan hij nu voorzitter is. Inmiddels zijn er van ruim 100 talen wordnets die onderling verbonden zijn. Vossen voegde een fundamenteel element toe aan de wordnets door ze te koppelen aan ontologieën: logische definities van concepten die computers in staat stellen te ‘redeneren’. Zijn recentste project is de Geschiedenisrecorder. Dat is een computersysteem dat nieuwsberichten verzamelt, die van vandaag aan die van gisteren koppelt en verder terug in de tijd. Zo verbindt het systeem gebeurtenissen en ‘schrijft’ daarmee geschiedenis.
De derde prijswinnaar is de scheikundige Bert Weckhuysen (1968), hoogleraar anorganische chemie en katalyse aan de Universiteit Utrecht. Hij richt zich op het beter begrijpen van de werking van katalysatoren om met die kennis gewapende nieuwe of verbeterde katalysatoren te (kunnen) ontwikkelen. Katalysatoren zijn stoffen die chemische reacties mogelijk maken en/of versnellen. Het overgrote deel van de chemische producten die we gebruiken zijn gemaakt met behulp van katalysatoren.
De onderzoeksgroep van Weckhuysen zorgde voor doorbraken met het driedimensionaal in beeld brengen van actieve katalysatoren en heeft laten zien wat er gebeurt als deze materialen in de loop van de tijd minder goed gaan werken. Mede op basis van deze experimenten was hij in staat duurzamere chemische processen te ontwikkelen. Hij richt zich, onder meer, op het ontwikkelen van katalysatoren die houtachtige biomassa kunnen omzetten in brandstof en materialen, op het verbeteren van katalysatoren om efficiënter aardolie en aardgas te kunnen omzetten en op de ontwikkeling van ‘zonnebrandstoffen’, waarbij zonne-energie gebruikt wordt om brandstoffen te maken.
Bron: NWO