Met een porositeit van 99,99%, het bestaat praktisch alleen uit lucht, waardoor het een van de lichtste materialen ter wereld is:Aerobornitride is de naam van het materiaal dat is ontwikkeld door een internationaal onderzoeksteam onder leiding van Kiel University. De wetenschappers gaan ervan uit dat ze daarmee een centrale basis hebben gecreëerd om laserlicht in een breed toepassingsgebied te brengen. Op basis van een boor-stikstofverbinding, ze ontwikkelden een speciale driedimensionale nanostructuur die licht heel sterk verstrooit en nauwelijks absorbeert. Bestraald met een laser, het materiaal straalt een gelijkmatige verlichting uit, die, afhankelijk van het type laser, is veel efficiënter en krachtiger dan LED-licht. Dus, lampen voor autokoplampen, projectoren of kamerverlichting met laserlicht kan in de toekomst kleiner en helderder worden. Het onderzoeksteam presenteert hun resultaten in het huidige nummer van het gerenommeerde tijdschrift Natuurcommunicatie , die vandaag is gepubliceerd.

Meer licht in de kleinste ruimte

In onderzoek en industrie, laserlicht wordt al lang beschouwd als de "volgende generatie" lichtbronnen die zelfs de efficiëntie van LED's (light-emitting diode) zouden kunnen overtreffen. "Voor zeer helder of veel licht, je hebt een groot aantal leds en dus ruimte nodig. Maar dezelfde hoeveelheid licht kan ook worden verkregen met een enkele laserdiode die een duizendste kleiner is, " Dr. Fabian Schütt benadrukt het potentieel. De materiaalwetenschapper van de werkgroep "Functionele Nanomaterialen" aan de Kiel University is de eerste auteur van de studie, waarbij andere onderzoekers uit Duitsland betrokken zijn, Engeland, Italië, Denemarken en Zuid-Korea.

Krachtige kleine lichtbronnen maken talrijke toepassingen mogelijk. De eerste testtoepassingen, zoals in autokoplampen, zijn al beschikbaar, maar laserlampen zijn nog niet algemeen geaccepteerd. Aan de ene kant, dit komt door de intense, gericht licht van de laserdiodes. Anderzijds, het licht bestaat uit slechts één golflengte, dus het is monochroom. Dit leidt tot een onaangenaam flikkeren wanneer een laserstraal een oppervlak raakt en daar wordt gereflecteerd.

Poreuze structuur verstrooit het licht extreem sterk

"Eerdere ontwikkelingen op het gebied van laserlicht werken normaal gesproken met fosforen. ze produceren een relatief koud licht, zijn niet stabiel op lange termijn en zijn niet erg efficiënt, " zegt professor Rainer Adelung, hoofd van de werkgroep. Het onderzoeksteam in Kiel kiest voor een andere benadering:ze ontwikkelden een sterk verstrooiende nanostructuur van hexagonaal boornitride, ook wel bekend als "wit grafeen, " die bijna geen licht absorbeert. De structuur bestaat uit een filigraan netwerk van talloze fijne holle microbuisjes. Als een laserstraal deze raakt, het is extreem verspreid binnen de netwerkstructuur, het creëren van een homogene lichtbron. "Ons materiaal werkt min of meer als een kunstmatige mist die een uniforme, aangename lichtopbrengst, " legt Schütt uit. De sterke verstrooiing draagt ​​er ook toe bij dat het storende flikkeren niet meer zichtbaar is voor het menselijk oog.

De nanostructuur zorgt er niet alleen voor dat het materiaal bestand is tegen het intense laserlicht, maar kan ook verschillende golflengten verstrooien. Rood, groen en blauw laserlicht kan worden gemengd om specifieke kleureffecten te creëren naast normaal wit, bijvoorbeeld voor gebruik in innovatieve kamerverlichting. Hier, extreem lichtgewicht laserdiodes kunnen in de toekomst leiden tot volledig nieuwe ontwerpconcepten. "Echter, om in de toekomst te kunnen concurreren met leds, de efficiëntie van laserdiodes moet ook worden verbeterd, ", zegt Schütt. Het onderzoeksteam is nu op zoek naar industriële partners om de stap van laboratorium naar toepassing te maken.

Breed scala aan toepassingen voor aeromaterialen

Ondertussen kunnen de onderzoekers uit Kiel hun methode gebruiken om zeer poreuze nanostructuren te ontwikkelen voor verschillende materialen, naast boornitride ook grafeen of grafiet. Op deze manier, steeds meer nieuwe, lichtgewicht materialen, zogenaamde "aeromaterialen, " zijn gemaakt, die bijzonder innovatieve toepassingen mogelijk maken. Bijvoorbeeld, de wetenschappers doen momenteel samen met bedrijven en andere universiteiten onderzoek om zelfreinigende luchtfilters voor vliegtuigen te ontwikkelen.