Eeuwenoud mysterie laat zijn licht schijnen op nieuwe materialen

De Lycurgus-beker, daterend uit het 4e-eeuwse Rome, is een intrigerende glazen bokaal waarvan de kleur verandert van groen naar rood, afhankelijk van de belichting van de beker van voren dan wel van achteren. Deze eigenschap, bekend als dichroïsme, komt voor oud glaswerk alleen voor in de Lycurgus-beker. Het materiaal maakte lang deel uit van kerkschatten en privécollecties totdat het voor het eerst werd tentoongesteld in 1862. Pas in 1990 werd de beker geanalyseerd met een elektronenmicroscoop. Toen bleek dat het nanodeeltjes van zilver en goud waren die aan het glas waren toegevoegd om dit ​​opmerkelijke composietmateriaal te maken.

Printbare nanocomposiet

Glasmakers slaagden erin het effect van de beker na te bootsen, maar pas in 2019 lukte het een team van onderzoekers onder leiding van Vittorio Saggiomo een geheel nieuwe creatie te vervaardigen. In het Laboratorium voor Bionanotechnologie van Wageningen University & Research ontwikkelden zij een printbare nanocomposiet die de subtiele balans die de maker van de Lycurgus-cup bereikte, nabootst.

Van doorschijnend tot gereflecteerd licht

"De Lycurgus-beker was al een paar jaar een bron van inspiratie”, zegt Lars Kool, een student die aan het project werkt, "We creëerden een 3D printbaar dichroïsch materiaal en enkele bekers van een eenvoudig model. We waren beretrots op die prestaties; we zagen hoe ze veranderden van doorschijnend lavendelkleurig naar modderig bruin bij reflecterend licht.”

Effect van zilver- en gouddeeltjes

Die eerste successen waren gebaseerd op de aanwezigheid van nanodeeltjes van goud in de composietmaterialen. Omdat de Lycurgus-beker een verhouding van 2:1 zilver/goud nanodeeltjes bevat, was het volgende doel duidelijk. Alleen de methode ontwikkelen, stond nog op de verlanglijst, want zilver is veel reactiever dan goud.

Het team ontwikkelde derhalve een ​​nieuwe werkwijze om de reactiviteit van de zilverdeeltjes te verminderen en de synthese op het juiste moment te stoppen voor het verkrijgen van een precieze omvang aan nanodeeltjes. Toen een kleine hoeveelheid van gouden nanodeeltjes werd toegevoegd en het composiet werd geëxtrudeerd voor het printen, kwamen de resultaten opmerkelijk dicht bij die van de Lycurgus-beker.

Verlichting zonder oververhitting

Dichroïsche materialen worden vaak gebruikt als filters, waarbij ze bundels wit licht splitsen voor gebruik in LCD-systemen, microscopie en in verlichtingssystemen. Bij gebruik als spiegel, zoals in kwarts-halogeenlampen, is de lichtopbrengst bijzonder hoog zonder de dat er oververhitting optreedt. De flexibiliteit en controle die het Wageningse team onder leiding van Saggiomo heeft bereikt, maakt de weg vrij voor een meer flexibele en economische productie van dichroïsche materialen voor traditionele doeleinden en voor het creëren van materialen met 100 % dichroïsche eigenschappen.