Het onderzoek naar lichtgevende stoffen vanscheikundige Liesbeth van Pieterson is het beste Utrechtsepromotieonderzoek in de betawetenschappen. Hiermee is ze 4500 eurorijker geworden. Over ultraviolet licht, gekleurde tl-buizen endvd's.
Het juryrapport was lovend en zelfs de burgemeester van Utrechtkwam er aan te pas. De prijs voor het beste Utrechtsepromotieonderzoek in de betawetenschappen van de afgelopen vierjaar ging naar scheikundige Liesbeth van Pieterson. Zij promoveerdevorig jaar september op luminescentieonderzoek aan lanthaniden, eengroep elementen die energie efficient kunnen omzetten in zichtbaarlicht. Voor dit onderzoek ontving zij op 6 november van hetProvinciaal Utrechts Genootschap van Kunsten en Wetenschappen eenprijs die bestaat uit een penning en een bedrag van 4500 euro.
Van Pietersons onderzoek richtte zich op de luminescerendeeigenschappen van al deze verbindingen, want luminescerendmateriaal kan zichtbaar licht uitzenden nadat het energie heeftopgenomen. Van Pieterson heeft onderzocht hoe lanthaniden vacuumultraviolet licht (VUV) opnemen, een vorm van licht die nogenergierijker is dan UV.
De resultaten zouden nuttig kunnen zijn bij de keuze van nieuwefluorescerende materialen voor gebruik in lichtbronnen als detl-buis, of in toepassingen als plasma display panels of VUVdetectoren.
Het onderzoek van Van Pieterson was echter heel fundamenteel."Ik heb niet specifiek gezocht naar alternatieve materialen voorbepaalde toepassingen. Ik wilde de elektronenovergangen in deatomen begrijpen. Als we dan toevallig een luminescerendeverbinding meten die ook goed VUV straling absorbeert, kan dezetoegepast worden. Dat is dan mooi meegenomen."
Meer dan tweehonderd verbindingen maakte Van Pieterson tijdenshaar promotieonderzoek, zo rekende haar promotor haar vorig jaarnog voor. Zelf had ze nooit zo in de gaten dat ze zoveel synthesesdeed. "Het is niet echt veel werk en als je een verbinding hebtgemeten, zetten de resultaten weer aan tot nieuwe experimenten,waar nieuwe verbindingen voor nodig zijn. Zo ga je vanzelf door,"verklaart Van Pieterson nog steeds enthousiast. Dit resulteerde ineen systematische analyse. Haar onderzoeksopzet endoorzettingsvermogen oogstte veel bewondering van de jury.
Van bijna alle lanthaniden heeft zij de luminescentie gemeten"behalve van de radioactieve". Deze metingen verrichte zij in hetsynchrotron in Hamburg, waar een groot spanningsverschil elektronenmet hoge snelheid door een lange buis jaagt. Door botsingen van deelektronen met de wand van de buis komt in de bochten stralingvrij, onder andere VUV-straling. Deze kan op eenlanthanideverbinding gericht worden. Uit het emissiespectrum isvervolgens af te lezen welk licht door de luminescerende verbindingna absorptie is uitgezonden.
Van Pieterson is enthousiast over haar onderzoek. "Het isnatuurlijk het leukst en het meest motiverend als je resultatenhebt waardoor je de materie beter gaat begrijpen. De eerste tweejaar, toen ik mij vooral met de minder goed begrepen overgangenbezig hield, waren de resultaten minder bevredigend. In die zinwaren de laatste twee jaar van mijn onderzoek de leukste: diemetingen leverden gewoon meer op."
Ook de veelzijdigheid beviel goed. Naast het synthetiseren enmeten van de verbindingen hield zij zich ook met de theoretischekant van het onderzoek bezig. Samen met haar Nieuw-Zeelandsecopromotor probeerde zij ook met modellen en theorieen deresultaten te voorspellen en te verklaren. Deze combinatie vantheorie en praktijk oogstte bij de jury bewondering.
Inmiddels werkt Van Pieterson alweer een jaar bij hetNatuurkundig Laboratorium van Philips. Met het maken van lichthoudt zij zich nu echter niet meer bezig. In haar huidige werkricht zij zich op materialen voor optische data-opslag, diebijvoorbeeld in een dvd toegepast worden.
Voor veel chemiestudenten en -aio's is Philips eenaantrekkelijke werkgever. Ook Van Pieterson had dit bedrijf altijdal wel op haar lijstje van potentiele werkgevers staan. "Het NatLab is een van de weinige plaatsen waar je fysisch chemischonderzoek kunt doen. En er is ruimte om je ook in fundamentelevraagstukken te verdiepen."
Gabby Zegers
Gekleurde tl-buizen
Luminescerende materialen, ook wel fosforen genoemd, kunnenefficient energie omzetten in zichtbaar licht. In een 'tubeluminescente' wordt hiervan gebruik gemaakt, deze staat beterbekend als de tl-buis. In een tl-buis bevindt zich een klein beetjekwik. Door de lamp aan te doen, ontstaat een spanningsverschiltussen de twee elektrodes, die zich elk aan een uiteinde van debuis bevinden. Elektronen worden door dit spanningsverschil metgrote snelheid door de buis gejaagd en botsen met het kwik. Bijdeze botsing komt energie vrij en de kwikatomen zetten dit om inlicht.
Helaas valt dat licht niet binnen het spectrum van zichtbaarlicht. De kwikatomen zenden na absorptie van energie namelijkultraviolet (UV) licht uit. Er is dus een tweede omzetting nodig omde tl-buis zijn functie als lichtbron voor de mens te latenvervullen. Deze omzetting vindt plaats door fosforen in de buis temonteren. Deze kunnen de UV straling absorberen en omzetten inzichtbaar licht. De kleur van het tl-licht is afhankelijk van deverhouding van verschillende fosforen die in de buis gecombineerdworden. Een rode, blauwe en groene fosfor zorgen samen voor witlicht.
Verbeteringen zijn nog volop mogelijk op dit gebied. Kwik isnamelijk niet het ideale materiaal voor een tl-buis. Het is slechtvoor het milieu en vloeibaar bij kamertemperatuur. Alleenkwikatomen in gasfase zetten energie om in licht. Het kwik moet duseerst verdampen: dit veroorzaakt het bekende flikkeren vantl-lampen alvorens zij aangaan. Voor een brede toepasbaarheid vande tl-buis is deze vertraging niet gunstig. In remlichten van eenauto gebruikt men bijvoorbeeld nog altijd de minder efficientegloeilamp.
Xenon zou kwik kunnen vervangen. Nadeel is dat Xenon-atomen inde gasfase geen UV licht uitzenden na botsing met elektronen, maarvacuuem ultraviolet (VUV) licht. Dit licht heeft een kleineregolflengte dan UV licht en is energierijker. De fosforen uit detl-buis kunnen de energie van dit licht echter niet efficientabsorberen. Om Xenon in de tl-buis te gebruiken zijn dus nieuwefosforen nodig, die luminesceren onder VUV licht.
Luminescentie kan verklaard worden door de verdeling vanelektronen in de atomen. De elektronen van het atoom zijn rond dekern gegroepeerd in schillen, in een 'grondtoestand'. Wanneer eenatoom energie absorbeert leidt dit tot een andere rangschikking vande elektronen. Het atoom bevindt zich dan in een 'aangeslagentoestand'. Deze toestand is echter niet stabiel en de elektronenvallen weer terug op hun oude plaats. Daarbij komt de geabsorbeerdeenergie weer vrij, in de vorm van voor de mens zichtbaar licht. Ditlicht is karakteristiek voor de overgang van een aangeslagenelektron naar zijn grondtoestand in een bepaald atoom.