Laserlicht uit plastics dankzij moleculaire structuur polymeren

Het begon allemaal in 1990 met een zwak geelgroen schijnsel uit een stukje plastic dat verbonden was met een batterij. Toch was dat op zich al revolutionair: de eerste plastic LED (licht emitterende diode) was geboren. Tot dan toe werden dergelijke elektronische onderdelen uitsluitend gemaakt van halfgeleidermateriaal. Maar dat is moeilijk te verwerken, relatief duur en heeft niet zulke prettige mechanische eigenschappen als een licht en flexibel polymeer.

Bij velen sloeg de fantasie op hol: oprolbare televisieschermen, lichtgevend behang, niets was gek genoeg. De lichtgevende polymeren waren daarbij ook nog eens geleidend zodat de term 'plastic elektronica' plotseling overal opdook. Al snel stond iedereen echter weer met beide benen op de grond, toen bleek dat het helemaal niet meeviel om de uitvinding 'marktrijp' te krijgen. De efficiëntie van de plastic LED bleek vrij gering, en ook de levensduur ervan was beperkt, vooral omdat er vaak hoge spanningen nodig waren om er licht uit te krijgen. In de afgelopen zes jaar is er echter door talloze groepen getracht dergelijke problemen op te lossen, en met redelijk succes.

Dat de gebruikte polymeren stroom konden geleiden, is te danken aan hun moleculaire structuur waarin enkele en dubbele banden elkaar afwisselen. Daardoor wordt het mogelijk om langs de keten elektronen te transporteren. Ook de lichtemissie hangt daarmee samen. Aan de ene kant worden er elektronen ingepompt, terwijl er aan de andere kant juist elektronen worden onttrokken of, anders gezegd, positieve 'gaten' worden toegevoerd. Bij een ontmoeting van een gat en een elektron komt energie vrij die wordt omgezet in licht.

Onlangs slaagden fysici van de universiteit van Cambridge er zelfs in om laserlicht uit hun plastic te krijgen (Nature, 22 augustus). Daartoe werd een flinterdun schilletje van het polymeer PPV aan de ene kant bedekt met een halfspiegelend zilverlaagje en aan de andere kant met een speciaal soort reflector, die het hele spectrum van het zichtbare licht voor meer dan 99% tegenhoudt. Op deze manier werd een zogenaamde trilholte verkregen met afmetingen van die van de golflengte van het licht. Dit geheel werd vervolgens beschenen met een sterke ultraviolette laserbundel. Deze pomplaser zorgde voor het aanslaan van de elektronen, waarna licht van een aantal andere golflengten werd uitgezonden. Boven een zekere energie bleef er echter maar één kleur over, die bovendien maar in één richting werd uitgezonden. Beide zijn kenmerkende eigenschappen van laserlicht.

Het nu uitgevoerde experiment biedt sowieso wat meer inzicht in de manier waarop licht in dergelijke materialen wordt gegenereerd. Daarnaast zal er nu met man en macht gewerkt gaan worden aan een plastic laser die geen (onpraktische) UV pomplaser nodig heeft. Als er met behulp van een simpele spanningsbron ook laserlicht uit het polymeer gehaald kan worden - zoals dat bijvoorbeeld in halfgeleiderlasers standaard gebeurt - dan is er pas echt een nieuwe markt geopend. Maar de eerdere ervaringen laten zien dat enige reserve op zijn plaats is.