Met 40 miljoen pulsen per seconde nanodeeltjes maken

Een team onderzoekers van de universiteit Duisburg-Essen is erin geslaagd om binnen een uur enkele grammen nanodeeltjes te maken. Hiervoor gebruiken ze de Trumpf Amphos 500flex laser, een ultrakorte pulslaser die meer dan 40 miljoen pulsen per seconde levert.

Duits onderzoeksteam boekt doorbaak met lasertechnologie van Trump Amphos

Nanopartikels kunnen een belangrijke rol spelen in oppervlaktebewerking. De deeltjes van 8 nanometer groot, duizend keer kleiner dan een bacterie, kunnen ingezet worden om bijvoorbeeld brillenglazen krasbestendig te maken, prothesen en implantaten biocompatibel of om verf beter waterafstotend te maken. Het probleem is echter dat er tot nog toe eigenlijk geen industriële techniek bestond voor de productie van de kleine deeltjes. Dat is namelijk kostbaar en erg tijdrovend.

Extra scanner

Voor de productie van de nanodeeltjes platinum, goud of zilver, wordt een laserstraal gericht op plaatjes van het betreffende materiaal in een vloeistof zoals water. De deeltjes die vrij komen worden in een container opgevangen en vervolgens samen met de vloeistof verder verwerkt. De laser moet in dit geval miljarden keren de platen raken om één gram nanodeeltjes los te maken van het basismateriaal. Daarbij doet zich het probleem voor dat door de pulsfrequentie er een bubbel, een beweging, in de vloeistof ontstaat die het proces vertraagt. Als de laserpuls het oppervlak raakt, ontstaat er een energiepiek die korte tijd voldoende hoog is om de volgende laserstraal af te schermen en daarmee verhindert dat deze nanopartikels losmaakt. De beweging moet eerst stoppen. Deze hick up in het proces kan één milliseconde duren. Het onderzoeksteam van Bilal Gökce’s van de Universiteit Duisburg-Essen heeft dit probleem opgelost.

Onderzoekers maken 4 gram nanodeeltjes per uur

Pulsduur van 3 picoseconden

Dat hebben ze gedaan met de Amphos 500flex ultrakorte pulslaser, die met een pulsfrequentie van 40 miljoen pulsen per seconde werkt. De pulsduur bedraagt telkens 3 picoseconden. Het systeem werkt met een scanner die de puls die ontstaat door de beweging van de vloeistof afschermt. Hierdoor neemt de efficiency van het systeem enorm toe, want elk van de 40 miljoen pulsen per seconde kan nu nanodeeltjes vrij maken op een ander punt van het basismateriaal. Zo maken de Duitse onderzoekers 4 gram nanopartikels per uur. Dat is voldoende om het proces op te schalen naar industriële toepassingen.

Het onderzoeksteam heeft voor deze doorbraak de Fojtik-Henglein Prize ontvangen tijdens de ANGEL conference in Lyon. Trumpf heeft Amphos begin dit jaar overgenomen. Amphos heeft voor het onderzoeksteam een dedicated ultrakorte puls laser ontwikkeld. Maar het bedrijf levert ook standaard UKP lasers.

Foto: teamleider Bilal Gökce’s samen met zijn team en de juryleden (foto Trumpf)