211service.com
Eerste laser-nanovezels openen de weg voor goedkoop, zacht lasertextiel
Er was een tijd, niet zo lang geleden, dat lasers exotische apparaten waren die in gespecialiseerde laboratoria leefden en vertrouwden op een team van experts om ze in stand te houden. Dat veranderde allemaal toen natuurkundigen erachter kwamen hoe ze solid-state lasers konden maken met dezelfde technieken die siliciumchips zo alomtegenwoordig en goedkoop hebben gemaakt. Als je tegenwoordig in de westerse wereld woont, ben je op dit moment waarschijnlijk niet meer dan 5 meter verwijderd van een laser, misschien in een dvd-speler, een laserpointer of een schijfstation.
Maar ondanks hun alomtegenwoordigheid, zijn lasers nog steeds relatief lastig te maken en moeilijk in te bouwen in iets anders dan solid-state apparaten zoals computerchips. Natuurkundigen hebben enige vooruitgang geboekt bij het dopen van optische vezels zodat ze laseren.
Maar deze vezels zijn relatief groot in vergelijking met micro-elektronische componenten zoals transistors en stijf in vergelijking met organische vezels zoals katoen en hebben dus een beperkt nut. Het zou onmogelijk zijn om bijvoorbeeld een trui van optische vezels te breien.
Dat zou nu kunnen veranderen dankzij het werk van Andrea Camposeo in het National Nanotechnology Laboratory van Istituto Nanoscienze-CNR in Italië en een paar vrienden. Deze jongens hebben een manier gevonden om organische nanovezels te maken die op zichtbare golflengten laseren. Het werk opent de weg naar de vervaardiging van lasertextiel, hele vellen materiaal die licht uitstralen via het proces van gestimuleerde emissie.
Om deze nanovezels te maken, gebruiken Camposeo en co het eenvoudige proces van elektrospinnen. Dit begint met een oplossing van organisch polymeer, zoals PMMA of polystyreen, dat een conisch oppervlak bedekt dat bekend staat als een spindop.
Wanneer het in een elektrisch veld wordt geplaatst, bouwt zich een lading op aan de punt van de kegel, waardoor de vloeistof zich vormt tot een druppel die vervolgens van het oppervlak wordt weggetrokken en een sliert vloeistof meetrekt. Terwijl het oplosmiddel verdampt, polymeriseren de moleculen en vormen ze een nanovezel.
Dat is een bekend en conventioneel proces. De truc die Camposeo en co hebben geperfectioneerd, is om wat laserkleurstoffen aan de mix toe te voegen. Dit zijn organische moleculen die licht op één golflengte kunnen absorberen en op een hogere golflengte kunnen uitstralen. Dus wanneer het in licht van de lagere golflengte baadt, lasert het medium op de hogere golflengte.
De resultaten zien er indrukwekkend uit. Deze jongens hebben elektrogesponnen enkele nanovezels van PMMA gemengd met laserkleurstoffen om vezels te produceren met een diameter van enkele honderden nanometers tot enkele microns.
En wanneer ze worden gebombardeerd met extern licht, vangen deze vezels het licht erin waardoor de hele vezel gaat laseren. Het licht kan ook van de ene vezel naar de andere gaan, waar ze elkaar raken.
Het interessante van deze aanpak is dat de chemische eigenschappen van de vezels gemakkelijk aan te passen zijn. Camposeo en co zeggen dat het mogelijk is om vezels te maken die op een breed scala aan golflengten laseren. Deze nanostructuren kunnen worden aangepast om licht uit te stralen in het hele zichtbare en in het nabij-infrarode gebied, zeggen ze.
Er zijn talloze toepassingen voor dit soort vezels, die tegen lage kosten bij kamertemperatuur gemaakt kunnen worden. Camposeo en co zeggen dat enkele nanovezels kunnen worden gebruikt in een breed scala aan fotonische componenten, tegen een prijs die ze min of meer wegwerpbaar maakt. Ze kunnen zich ook vormen tot een soort matten om textiel te creëren dat blijft plakken. We verwachten dat deze eigenschappen elektrospun polymeermatten interessante kandidaten kunnen maken als lichtgevende bronnen voor het bouwen van actief textiel en slimme oppervlakken met een groot oppervlak, voor verschillende technische toepassingen, zeggen ze.
Dat is een interessante mogelijkheid. Camposeo en co gaan niet in detail over het soort dingen dat mogelijk zou kunnen worden met dit soort componenten en textiel. Dus suggesties in de commentarensectie alstublieft.
Referentie: arxiv.org/abs/1311.7598 : Polymeer nanovezels als nieuwe lichtgevende bronnen en lasermateriaal