Blik op de Nanowereld
H1 Inleiding: wat is nanoscience?
1.1 Introductie
Nanoschaal: 1 nm – 100 nm
1.2 Inhoud van de module
Nanoscience: wetenschap van nanomateriaal
Nanotechnologie: wanneer nanomaterialen worden toegepast
De kwantumdots hebben verschillende groten. Bij de grotere dots zijn het bolletjes van meer
atomen aan elkaar.
1.3 Effecten van kleine afmetingen
Nanoscience: wetenschap over structuren met afmetingen tussen de 1 – 100 nm.
0D Nanodeeltje in alle richtingen ‘nano’
1D Nanodraad / nanobuis in één richting niet nano
2D Nanofilm / nano-oppervlak in twee richtingen niet nano
3D Bulkmateriaal in alle richtingen niet nano
𝑎𝑎𝑛 𝑜𝑝𝑝: 𝑛3 − (𝑛 − 2)3 (opp = grensvlak)
𝑖𝑛 𝑏𝑢𝑙𝑘: (𝑛 − 2)3 (bulk = in midden van de stof)
Belangrijkste eigenschap nanomateriaal: relatief groot oppervlak
• Hoe kleiner de deeltjes, des te groter de verhouding oppervlak/inhoud wordt
o Het percentage oppervlakteatomen is in een klein deeltje groter
Bouwstenen van vaste stoffen en vloeistoffen worden bij elkaar gehouden door:
vanderwaalskrachten, ionbindingen in kristallen, waterstofbruggen.
Grensvlak ipv oppervlak: bijv. grens tussen twee niet-mengbare vloeistoffen of grens tussen
vloeistof en vaste stof
Elke binding wordt gedeeld door twee naburige moleculen
• Grensvlak: 5/2 = 2,5x de bindingsenergie vrijgekomen
• In de bulk: 6/2 = 3x de bindingsenergie vrijgekomen
Bulkmoleculen (‘grote massa’) hebben meer naaste-buren dan moleculen aan het grensvlak
1. Deeltje aan het grensvlak van een stof heeft een hogere energie-inhoud dan in de bulk
2. Het kost energie om een bulkdeeltje naar het grensvlak te brengen, want er moeten meer
naaste-buurcontacten worden verbroken dan dat er worden gevormd
3. Wanneer het grensvlak tussen stoffen wordt vergroot, kost dit energie; grensvlakenergie
Zwakkere vanderwaalsbindingen (lager kookpunt) → lagere grensvlakenergie
Het smeltpunt is afhankelijk van de grootte van de deeltjes
, Coalescentie: vloeibare nanodeeltjes vloeien samen tot één grote druppel
Aggregatie: vaste nanodeeltjes klonteren samen tot één groepje
Veroudering/Ostwaldrijping: het grootste deeltjes groeit aan (‘rijpt’) en de kleinste deeltjes
worden kleiner
Kwantumdots met een bepaalde kleur zouden bij een grootteverandering ook van kleur
veranderen.
Processen voorkomen/vertragen: hechten van een extra hoeveelheid van één ionsoort aan het
opp → deeltjes worden allemaal negatief of positief → op relatief grote afstand stoten de
deeltjes elkaar af → vanderwaalskrachten krijgen geen kans om te zorgen voor het samengaan
H3 Kwantumdots
3.1 Inleiding: de ledlamp
Een kwantumdot heeft de eigenschap dat de elektrische en optische eigenschappen instelbaar
zijn door de afmetingen van het deeltje te veranderen. De kleur van het uitgezonden licht hangt
af van de grootte van de kwantumdots (groot = rood).
Schemerlamp bestaat uit twee componenten
1. Led die elektriciteit omzet in blauw licht (om licht te maken)
2. Filter van kwantumdots dat blauw licht omzet in wit licht
Atoommodel van Bohr
• Positief geladen kern
• Elektronen bewegen in banen
• Hoe verder van de kern, des te meer energie heeft het elektron
• Elektronen kunnen niet op willekeurige afstand van de kern bewegen
Elektronenschillen: elektronenbanen als schillen om de kern
• Hoe groter de schil, hoe meer elektronen erin passen
• In schil nummer n passen er 2n2 elektronen
Als een atoom licht absorbeert → geabsorbeerde energie wordt door een elektron gebruikt om
naar hogere baan te springen
Als een elektron van een baan met veel energie terugvalt naar een baan met minder energie →
fotonen worden uitgezonden
Kwantisatie = energie van de elektronen kan alleen in afgepaste hoeveelheden toe- en afnemen
Kwanta (of quanta) = de energiepakketjes
Transmissie = het doorlaten va fotonen
Emissie = afgifte van straling/warmte; kan op verschillende manieren
1. Als het deeltje terugvalt naar de oude toestand
2. Fluorescentie: als het deeltje in meerdere stappen terugvalt, zendt het fotonen met
een kleinere frequentie uit
3. Fosforescentie: als de emissie in één of meerdere stappen langzaam gaat
Luminescentie: wanneer de uitgezonden straling zichtbaar is
H1 Inleiding: wat is nanoscience?
1.1 Introductie
Nanoschaal: 1 nm – 100 nm
1.2 Inhoud van de module
Nanoscience: wetenschap van nanomateriaal
Nanotechnologie: wanneer nanomaterialen worden toegepast
De kwantumdots hebben verschillende groten. Bij de grotere dots zijn het bolletjes van meer
atomen aan elkaar.
1.3 Effecten van kleine afmetingen
Nanoscience: wetenschap over structuren met afmetingen tussen de 1 – 100 nm.
0D Nanodeeltje in alle richtingen ‘nano’
1D Nanodraad / nanobuis in één richting niet nano
2D Nanofilm / nano-oppervlak in twee richtingen niet nano
3D Bulkmateriaal in alle richtingen niet nano
𝑎𝑎𝑛 𝑜𝑝𝑝: 𝑛3 − (𝑛 − 2)3 (opp = grensvlak)
𝑖𝑛 𝑏𝑢𝑙𝑘: (𝑛 − 2)3 (bulk = in midden van de stof)
Belangrijkste eigenschap nanomateriaal: relatief groot oppervlak
• Hoe kleiner de deeltjes, des te groter de verhouding oppervlak/inhoud wordt
o Het percentage oppervlakteatomen is in een klein deeltje groter
Bouwstenen van vaste stoffen en vloeistoffen worden bij elkaar gehouden door:
vanderwaalskrachten, ionbindingen in kristallen, waterstofbruggen.
Grensvlak ipv oppervlak: bijv. grens tussen twee niet-mengbare vloeistoffen of grens tussen
vloeistof en vaste stof
Elke binding wordt gedeeld door twee naburige moleculen
• Grensvlak: 5/2 = 2,5x de bindingsenergie vrijgekomen
• In de bulk: 6/2 = 3x de bindingsenergie vrijgekomen
Bulkmoleculen (‘grote massa’) hebben meer naaste-buren dan moleculen aan het grensvlak
1. Deeltje aan het grensvlak van een stof heeft een hogere energie-inhoud dan in de bulk
2. Het kost energie om een bulkdeeltje naar het grensvlak te brengen, want er moeten meer
naaste-buurcontacten worden verbroken dan dat er worden gevormd
3. Wanneer het grensvlak tussen stoffen wordt vergroot, kost dit energie; grensvlakenergie
Zwakkere vanderwaalsbindingen (lager kookpunt) → lagere grensvlakenergie
Het smeltpunt is afhankelijk van de grootte van de deeltjes
, Coalescentie: vloeibare nanodeeltjes vloeien samen tot één grote druppel
Aggregatie: vaste nanodeeltjes klonteren samen tot één groepje
Veroudering/Ostwaldrijping: het grootste deeltjes groeit aan (‘rijpt’) en de kleinste deeltjes
worden kleiner
Kwantumdots met een bepaalde kleur zouden bij een grootteverandering ook van kleur
veranderen.
Processen voorkomen/vertragen: hechten van een extra hoeveelheid van één ionsoort aan het
opp → deeltjes worden allemaal negatief of positief → op relatief grote afstand stoten de
deeltjes elkaar af → vanderwaalskrachten krijgen geen kans om te zorgen voor het samengaan
H3 Kwantumdots
3.1 Inleiding: de ledlamp
Een kwantumdot heeft de eigenschap dat de elektrische en optische eigenschappen instelbaar
zijn door de afmetingen van het deeltje te veranderen. De kleur van het uitgezonden licht hangt
af van de grootte van de kwantumdots (groot = rood).
Schemerlamp bestaat uit twee componenten
1. Led die elektriciteit omzet in blauw licht (om licht te maken)
2. Filter van kwantumdots dat blauw licht omzet in wit licht
Atoommodel van Bohr
• Positief geladen kern
• Elektronen bewegen in banen
• Hoe verder van de kern, des te meer energie heeft het elektron
• Elektronen kunnen niet op willekeurige afstand van de kern bewegen
Elektronenschillen: elektronenbanen als schillen om de kern
• Hoe groter de schil, hoe meer elektronen erin passen
• In schil nummer n passen er 2n2 elektronen
Als een atoom licht absorbeert → geabsorbeerde energie wordt door een elektron gebruikt om
naar hogere baan te springen
Als een elektron van een baan met veel energie terugvalt naar een baan met minder energie →
fotonen worden uitgezonden
Kwantisatie = energie van de elektronen kan alleen in afgepaste hoeveelheden toe- en afnemen
Kwanta (of quanta) = de energiepakketjes
Transmissie = het doorlaten va fotonen
Emissie = afgifte van straling/warmte; kan op verschillende manieren
1. Als het deeltje terugvalt naar de oude toestand
2. Fluorescentie: als het deeltje in meerdere stappen terugvalt, zendt het fotonen met
een kleinere frequentie uit
3. Fosforescentie: als de emissie in één of meerdere stappen langzaam gaat
Luminescentie: wanneer de uitgezonden straling zichtbaar is
