Onlangs kreeg de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) een bijzondere microscoop. Deze heeft een resolutie van 0,1 nanometer en kan zo individuele atomen bekijken. Groningen gaat de microscoop onder andere gebruiken om betere zonnecellen te maken. 

Het vier meter hoge apparaat van Eindhovense makelij is een transmissie-elektronenmicroscoop. Deze stuurt een extreem dunne straal elektronen door een materiaal, bekijkt hoe de elektronen zich gedragen na de tocht door het materiaal en rekent zo uit hoe het materiaal er uit ziet op atoomniveau. De techniek voor elektronenmicroscopen bestaat al decennia, maar dit nieuwste model kan meer dan voorgangers. 

 

Lage spanning

Zo kan de spanning waarmee de elektronen versneld worden vele malen lager zijn dan bij andere modellen. Normaal ligt die op 300 kilovolt, maar dat geeft de elektronen zoveel energie dat veel materialen er niet tegen kunnen. ‘Vooral plastics gaan stuk door zo’n elektronenbundel’, vertelt Bart Kooi, hoogleraar Nanostructured Materials and Interfaces bij de RUG. De nieuwe microscoop kan bij veel lagere spanning (30 kilovolt) zijn werk doen, waardoor Kooi en collega’s ook kwetsbare materialen kunnen bekijken. 

De 4 meter hoge microscoop kan individuele atomen in beeld brengen

Dat de resolutie van de opname toch goed blijft bij deze lagere spanning, ligt aan zogenoemde abberatiecorrectoren. Deze compenseren voor foutjes in de lenzen van de microscoop. De correctoren in het nieuwe model zijn zo goed, dat de resolutie van de microscoop hoog is ondanks de lage spanning. 

 

Röntgenstraling

Daarnaast heeft de microscoop grote röntgendetectoren. Deze meten de straling die vrijkomt als de bundel door het materiaal gaat. De opgevangen straling geeft extra informatie over het materiaal. ‘Met alleen een elektronenbundel kun je gewichtsverschillen tussen atomen zien, maar soms zitten er meerdere atomen in het materiaal die ongeveer evenveel wegen. Dan helpt de röntgenstraling, want die is uniek voor elke atoomsoort.’ 

Om de microscoop goed te gebruiken, moet hij ook nog eens geen last hebben van verstoringen. De temperatuur in de microscoopkamer moet constant zijn en er mag niks trillen. ‘Best ironisch dat hij in Groningen staat dus’, grapt Kooi. Dankzij een waterbak en een speciale airco blijkt de temperatuur in de Groningse microscoopruimte per etmaal nooit meer dan 0,2 graden te schommelen.

 

Perovskiet zonnecellen

Kooi en collega’s zullen de microscoop gebruiken om nieuwe materialen te onderzoeken. Zo is er een project samen met Tata Steel, om nanodeeltjes in metalen te bekijken. Deze nanodeeltjes hebben invloed op de kwaliteit van staal en aluminium, en als je ze kunt zien weet je beter welk effect de deeltjes hebben. 

Ook doet de RUG veel onderzoek naar perovskiet-zonnecellen. Het rendement van zulke cellen is hoog, maar ze gaan niet lang mee. Door het materiaal in close-up te bekijken hoopt Kooi meer te leren over de structuur en beter materiaal voor zonnecellen te maken.

Beeld: SecretDisc