Unieke mogelijkheden

Vanessa Wood behoort tot die wetenschappers die men graag «überflieger» noemt: Yale-afgestudeerde op 22-jarige leeftijd, doctor op 26 en professor op 27-jarige leeftijd. In het interview vertelt de sympathieke nanoforscheres wat haar van het MIT (Massachusetts Institute of Technology) naar de ETH heeft gelokt — waar ze tegenwoordig onder andere werkt in het nieuwe «Binnig and Rohrer Nanotechnology Center».

Auteur: Christine Heidemann

Mevrouw Wood, hoe heeft u gehoord dat de ETH op zoek was naar een professor voor nanofotoniek en nano-elektronica?
In februari 2010 kreeg ik een telefoontje van de ETH. De ETH zocht een vertegenwoordiger uit mijn vakgebied en had gehoord dat ik solliciteerde als professor. Dus vroegen ze me mijn sollicitatiedocumenten in te dienen, en dat heb ik gedaan.

Wat heeft de doorslag gegeven voor uw beslissing om naar Zürich te gaan?
Ik was uiterst onder de indruk van de beschikbare middelen hier en van de andere wetenschappers die ik tijdens mijn bezoek heb leren kennen. Er was duidelijk een sterke samenwerkingsgeest en veel enthousiasme voor onderzoek te voelen.

Met de middelen bedoelt u vooral het nieuwe nanotechnologiecentrum in Rüschlikon, dat de ETH Zürich samen met IBM beheert.
Mijn team en ik bevinden ons in de gelukkige positie om twee onderzoekslocaties te hebben: het opto-elektronische laboratorium in het ETH-centrum en het energieopslag-laboratorium in het «Binnig and Rohrer Nanotechnology Center». In dit centrum is een cleanroom die gedeeld wordt door de ETH en IBM. Deze is speciaal ontworpen om nieuwe materialen en processen in de standaardproductie te integreren. Zo'n faciliteit is essentieel om het wetenschappelijke en industriële potentieel van nanotechnologie te benutten. In de meeste cleanrooms mag men niet met nanomaterialen werken voor onderzoeksdoeleinden. Het «Binnig and Rohrer Nanotechnology Center» vult dus een belangrijke leemte en stelt nieuwe normen.

Waar werkt u precies in de twee laboratoria?
We onderzoeken het ladingtransport in nanoschaal systemen en gebruiken de verkregen inzichten bijvoorbeeld voor de constructie van zonnecellen, accu's en LED's. Bijvoorbeeld richten we ons op nieuwe methoden voor de karakterisering van accu-materiaal en het ontwerpen van nieuwe accu-architecturen. Wanneer je de actieve massa van accu's verkleint, neemt de verhouding tussen oppervlak en volume toe. Hierdoor kunnen hogere laad- en ontlaadstromen worden bereikt, wat interessant kan zijn voor toepassingen in elektrische voertuigen.

Over welke grootheden hebben we het bij de nanomaterialen die u gebruikt?
We spreken over een orde van grootte die 80.000 keer kleiner is dan de diameter van een mensenhaar. In onze laboratoria zijn we geïnteresseerd in materialen met afmetingen onder de 50 nanometer. Onder deze drempel gedragen materialen zich totaal anders dan grotere deeltjes van hetzelfde materiaal.

Kunt u een voorbeeld geven?
Als u bijvoorbeeld een paar grote stukken van een optisch actief halfgeleidermateriaal neemt, zal elk stuk dezelfde lichtkleur absorberen. Maar als u uit hetzelfde halfgeleidermateriaal deeltjes met een diameter van twee tot tien nanometer produceert, absorbeert elk deeltje verschillend gekleurd licht, omdat de elektronische structuur van het materiaal is veranderd. Deze nanodeeltjes, die wij kwantumpunten noemen, zijn uiterst interessant voor toepassingen in zonnecellen en verlichtingssystemen. Hoewel zulke kwantumpunten buitengewone optische eigenschappen bezitten, wordt het ladingstransport bemoeilijkt door hun kleine formaat. Een van onze onderzoeksprojecten in het laboratorium voor nano-elektronica probeert manieren te vinden om de gunstige optische eigenschappen van deze materialen te benutten zonder onder de beperkingen van slecht ladingstransport te lijden.

Hoe belangrijk is de samenwerking met de onderzoekers van IBM daarbij?
De studenten van de ETH die in de cleanroom van het «Binnig and Rohrer Nanotechnology Center» werken, krijgen de unieke gelegenheid om de faciliteiten, apparatuur en kennisbronnen te delen met IBM-wetenschappers die toonaangevend zijn in nanotechnologisch onderzoek en ontwikkeling. Door de fysieke en intellectuele nabijheid in het centrum wordt onze interactie met IBM-onderzoekers aanzienlijk bevorderd, en we kijken ernaar uit om een nog bredere samenwerking met de IBM-collega’s op te bouwen.

Veel mensen zijn bang dat nanodeeltjes oncontroleerbaar in het milieu terecht kunnen komen. Wat zegt u daarop?
Allereerst moet men zich ervan bewust zijn dat onder nanotechnologie heel verschillende dingen verstaan worden: sommige onderzoeksgroepen willen nanodeeltjes inzetten in de gezondheidszorg. Ons laboratorium werkt echter niet aan biologische toepassingen. Onze nanodeeltjes zijn ingekapseld in apparaten, zodat ze niet in contact komen met het menselijk lichaam of het milieu. Desalniettemin zijn al onze laboratoria uitgerust met speciale ventilatiesystemen en beschikken ze over speciale chemische verwijderingsprocedures om de nanodeeltjes te isoleren. Wij vinden dat alle voorzorgsmaatregelen genomen moeten worden om de veiligheid van de onderzoekers te waarborgen en elke milieubelasting te voorkomen.

Hoe zit het met de verantwoordelijkheid van de wetenschappers zelf?
Over het algemeen geloof ik dat wij als wetenschappers en ingenieurs de ethische plicht hebben om ook de gevolgen van de productie en verwijdering van de door ons ontwikkelde materialen en producten in overweging te nemen. Dit geldt voor elke technologie, niet alleen voor nanomaterialen. Een eerste stap is het onderzoeken van de risico’s. In Zwitserland zijn we in de gelukkige positie om via het nationale onderzoeksprogramma «Kansen en risico’s van nanomaterialen» tegelijk een positieve dialoog over veiligheid te voeren en in veiligheid te investeren.

Wanneer zullen de eerste nanozonnecellen op de markt komen?
De interesse vanuit de industrie is momenteel zeer groot; daarom verwacht ik dat binnen een paar jaar de eerste producten op de markt zullen komen. Naar mijn mening zal het echter nog enkele jaren duren voordat het gebruik van nanowerkstoffen in zonnecellen echt volwassen is. Nanomaterialen verbeteren de technologie niet onmiddellijk. We moeten vooral begrijpen hoe en wanneer we ze het beste kunnen inzetten. Maar juist deze open vragen over nanowerkstoffen, bijvoorbeeld hoe we hun nieuwe eigenschappen het beste kunnen benutten, maken het zo boeiend om in dit onderzoeksgebied actief te zijn.

Vanessa Wood
is sinds januari 2011 werkzaam aan de afdeling Informatietechnologie en Elektrotechniek van ETH Zürich. Ze leidt daar het laboratorium voor nano-elektronica. Eerder bekleedde ze een postdoc-positie onder leiding van professor Yet-Ming Chiang en professor Craig Carter op de afdeling Materiaalkunde en Techniek aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT), waar ze nanogeconfigureerde colloïdale suspensies onderzocht voor energieopslagtoepassingen. Vanessa Wood behaalde een Master of Science en promoveerde op de afdeling Elektrotechniek en Informatica van het MIT. Daar deed ze onderzoek naar colloïdale nanokristallen en hun toepassing in opto-elektronische apparaten zoals LED’s en zonnecellen.