1
00:00:15,818 --> 00:00:21,379
Nanomaterialen en nanostructuren 
kom je overal tegen.

2
00:00:21,379 --> 00:00:24,670
Kijk eens naar de vleugel van een libel.

3
00:00:24,670 --> 00:00:28,335
Als we 100.000 keer inzoomen

4
00:00:28,335 --> 00:00:31,506
en naar de transparante membraan kijken,

5
00:00:31,506 --> 00:00:34,052
kunnen we de nanostructuren zien

6
00:00:34,052 --> 00:00:37,668
die onzichtbaar zijn voor het blote oog.

7
00:00:37,668 --> 00:00:40,237
Grafeen is transparant.

8
00:00:42,987 --> 00:00:46,089
Dit is een moleculair model van grafeen.

9
00:00:46,089 --> 00:00:48,398
Om dit zichtbaar te maken,

10
00:00:48,398 --> 00:00:52,307
is het meer 
dan 280 miljoen keer vergroot.

11
00:00:53,497 --> 00:00:56,478
Grafeen bestaat 
uit slechts één soort atomen:

12
00:00:57,478 --> 00:00:59,219
koolstof.

13
00:00:59,869 --> 00:01:01,691
Het is zo simpel.

14
00:01:01,691 --> 00:01:05,652
Maar grafeen heeft 
veel bijzondere eigenschappen.

15
00:01:06,492 --> 00:01:11,648
Het is het dunste van alle materialen, 
slechts één atoom dik.

16
00:01:12,658 --> 00:01:15,776
Het is het sterkste materiaal 
ooit gemeten.

17
00:01:16,516 --> 00:01:19,594
De koolstofbinding in het vlak is sterker

18
00:01:19,594 --> 00:01:23,057
dan de tetraëdrische koolstofbinding 
in diamant.

19
00:01:24,527 --> 00:01:28,487
Het is tegelijkertijd flexibel en rekbaar.

20
00:01:29,187 --> 00:01:34,183
We kunnen grafeen volledig buigen 
en tot 20% uitrekken.

21
00:01:34,993 --> 00:01:38,663
Het heeft de hoogste 
thermische geleidbaarheid

22
00:01:38,663 --> 00:01:41,343
van alle materialen, waaronder koper.

23
00:01:41,343 --> 00:01:46,005
Het kan bij kamertemperatuur 
de hoogste stroomdichtheid weerstaan,

24
00:01:46,745 --> 00:01:49,878
het heeft de hoogste 
intrinsieke mobiliteit,

25
00:01:49,878 --> 00:01:53,163
100 keer meer dan die in silicium.

26
00:01:54,523 --> 00:01:58,068
Het is het meest 
ondoordringbare materiaal,

27
00:01:58,068 --> 00:02:02,951
zelfs de kleine heliumatomen 
kunnen er niet door.

28
00:02:04,501 --> 00:02:07,165
Grafeen zal de wereld veranderen.

29
00:02:07,165 --> 00:02:11,777
Er zal zeker een compleet andere 
intelligente samenleving zijn

30
00:02:11,777 --> 00:02:14,451
binnen 10 tot 20 jaar.

31
00:02:14,451 --> 00:02:18,199
Laten we eens nadenken over de toekomst.

32
00:02:19,249 --> 00:02:22,985
Stel je voor 
dat alle transparante glazen ramen

33
00:02:22,985 --> 00:02:27,059
voortdurend elektriciteit 
konden opwekken met zonlicht

34
00:02:27,079 --> 00:02:30,912
en de energie leveren voor alle gebouwen.

35
00:02:31,972 --> 00:02:36,367
Stel je voor dat alle elektrische 
voertuigen en elektronische apparaten

36
00:02:36,367 --> 00:02:40,632
binnen 10 minuten konden worden opgeladen 
en het een paar dagen volhouden.

37
00:02:41,582 --> 00:02:47,259
Stel je voor dat je zeewater 
kunt ontzilten met een zak-apparaat

38
00:02:47,259 --> 00:02:51,307
om er overal drinkwater van te maken.

39
00:02:51,307 --> 00:02:54,693
Stel je voor dat slimme 
elektronische apparaten

40
00:02:54,693 --> 00:02:58,079
kunnen worden geïntegreerd in onze kleren,

41
00:02:58,079 --> 00:03:01,466
en sommigen zelfs 
geïmplanteerd onder onze huid.

42
00:03:02,786 --> 00:03:06,404
Stel je voor dat lichtgewicht 
composietmaterialen

43
00:03:06,404 --> 00:03:08,462
sterker dan ooit zouden kunnen zijn

44
00:03:08,462 --> 00:03:12,175
zodat ze het belangrijkste 
structurele materiaal

45
00:03:12,175 --> 00:03:16,498
voor schepen, auto’s en vliegtuigen
zouden kunnen zijn.

46
00:03:17,288 --> 00:03:21,733
Stel je voor dat elektronische chips

47
00:03:21,733 --> 00:03:24,268
duizend keer sneller konden rekenen

48
00:03:24,268 --> 00:03:27,694
met plasmons in plaats van met elektronen.

49
00:03:27,694 --> 00:03:30,858
Al deze dromen zullen 
zich ooit realiseren

50
00:03:30,858 --> 00:03:34,022
en onze samenleving grondig veranderen.

51
00:03:34,022 --> 00:03:37,186
Ik geloof dat het nog 
tijdens ons leven zal gebeuren

52
00:03:37,186 --> 00:03:40,765
dankzij het onderzoek 
van dit nieuwe nanomateriaal.

53
00:03:41,655 --> 00:03:44,979
Maar grafeen produceren 
is heel moeilijk.

54
00:03:46,239 --> 00:03:49,949
Hoewel geweten was dat grafeen 
aanwezig is in grafiet

55
00:03:49,949 --> 00:03:53,381
geloofden de meeste wetenschappers 
dat het onmogelijk zou zijn

56
00:03:53,381 --> 00:03:56,010
om stabiel grafeen te isoleren.

57
00:03:56,010 --> 00:04:00,340
In de jaren 1930 
voorspelden Landau en Peierls

58
00:04:00,340 --> 00:04:04,782
dat 2D-kristallen 
thermodynamisch instabiel zouden zijn

59
00:04:04,782 --> 00:04:07,169
en dus niet konden bestaan.

60
00:04:07,169 --> 00:04:12,117
30 jaar later presenteerde Mermin 
verdere analyseresultaten

61
00:04:12,117 --> 00:04:16,036
om deze hypothese te ondersteunen.

62
00:04:16,036 --> 00:04:19,176
Totdat in 2004 twee wetenschappers,

63
00:04:19,176 --> 00:04:21,714
Andre Geim en Kostya Novoselov,

64
00:04:21,714 --> 00:04:25,454
plakband gebruikten 
om grafeen te produceren.

65
00:04:25,454 --> 00:04:30,471
Door tape herhaalde keren 
op grafietlamellen te plaatsen

66
00:04:30,471 --> 00:04:33,466
en laag per laag af te pellen,

67
00:04:35,326 --> 00:04:38,684
wordt het grafiet dunner en dunner.

68
00:04:38,684 --> 00:04:42,870
Hoewel het meeste bestaat 
uit dunne grafietlamellen,

69
00:04:42,870 --> 00:04:46,282
werden uiteindelijk 
toch een paar kleine stukjes

70
00:04:46,282 --> 00:04:49,304
van éénlaagsgrafeen geïsoleerd.

71
00:04:49,304 --> 00:04:53,106
Sindsdien doen duizenden 
wetenschappers onderzoek

72
00:04:53,106 --> 00:04:56,974
op kleine stukjes éénlaagsgrafeen

73
00:04:56,974 --> 00:04:59,791
met behulp van de plakbandmethode.

74
00:04:59,791 --> 00:05:03,892
Kan je geloven dat 
de Nobelprijs voor Natuurkunde

75
00:05:03,892 --> 00:05:06,638
in 2010 aan deze twee wetenschappers 
werd toegekend

76
00:05:06,638 --> 00:05:11,155
om hun baanbrekende plakbandexperiment? 
(Gelach)

77
00:05:11,155 --> 00:05:13,993
Het is natuurlijk geen praktische manier

78
00:05:13,993 --> 00:05:18,103
om massa’s grafeen te produceren 
en nuttige producten te maken.

79
00:05:18,103 --> 00:05:21,749
Tegenwoordig worden tonnen 
kleine vlokken van meerlaagsgrafeen,

80
00:05:21,749 --> 00:05:25,160
strikt genomen dunne grafietlamellen,

81
00:05:25,160 --> 00:05:29,761
geproduceerd via de methode 
van chemische exfoliatie.

82
00:05:29,761 --> 00:05:33,577
Ze worden verwerkt 
in tennisrackets of fietsbanden

83
00:05:33,577 --> 00:05:38,029
om de sterkte te verbeteren 
en het gewicht te verlagen.

84
00:05:38,029 --> 00:05:41,506
Maar het geproduceerde materiaal is zwart,

85
00:05:41,506 --> 00:05:46,444
niet zoals het transparante grafeen.

86
00:05:46,444 --> 00:05:51,286
Als de kleur zwart is, 
betekent dit dat de vlokken te dik zijn.

87
00:05:52,266 --> 00:05:54,976
Ook zijn de vlokken te klein

88
00:05:54,976 --> 00:05:59,246
voor de leuke dingen waar ik het over had.

89
00:06:00,398 --> 00:06:04,601
Als experimenteel onderzoeker van grafeen,

90
00:06:04,601 --> 00:06:08,132
heb ik grote oppervlaktes 
éénlaagsgrafeen nodig

91
00:06:08,132 --> 00:06:10,503
voor mijn experimenten.

92
00:06:10,503 --> 00:06:13,456
Ik vond toentertijd in Nederland 
geen onderzoeksgroep

93
00:06:13,456 --> 00:06:17,040
die mij grafeen van hoge kwaliteit 
kon leveren.

94
00:06:19,144 --> 00:06:21,727
Ik pendelde elke dag

95
00:06:21,727 --> 00:06:24,710
tussen de Universiteit van Leiden 
en de TU Delft.

96
00:06:24,710 --> 00:06:29,994
terwijl ik probeerde uit te knobbelen 
hoe ik grote grafeenmonsters kon kweken.

97
00:06:30,554 --> 00:06:33,294
Met de bestaande faciliteiten

98
00:06:33,294 --> 00:06:36,995
kon ik geen hoogwaardig grafeen isoleren.

99
00:06:36,995 --> 00:06:41,550
Ofwel omdat de gasstroom 
niet goed kon worden afgesteld,

100
00:06:41,550 --> 00:06:45,770
ofwel omdat het verwarmingsoppervlak 
te klein was

101
00:06:45,770 --> 00:06:48,507
om grotere stalen grafeen te kweken.

102
00:06:49,207 --> 00:06:51,887
Het vermogen van de verwarmer 
was niet eens voldoende

103
00:06:51,887 --> 00:06:54,838
om 1.000 graden Celsius te bereiken.

104
00:06:56,018 --> 00:07:00,108
Elke dag stond ik op om 6 uur

105
00:07:00,108 --> 00:07:02,489
en keerde pas om middernacht 
terug naar huis.

106
00:07:02,489 --> 00:07:06,059
Alles wat ik kon bedenken, 
heb ik geprobeerd.

107
00:07:06,629 --> 00:07:12,435
Maar ik kreeg alleen maar frustratie 
en nieuwe problemen.

108
00:07:12,435 --> 00:07:15,204
Ik dacht: "Als het zo verder moet,

109
00:07:15,204 --> 00:07:17,584
ga ik mijn promotieonderzoek 
nooit afkrijgen."

110
00:07:18,624 --> 00:07:22,589
Vier maanden later besloot ik 
niet langer mijn tijd te verspillen

111
00:07:22,589 --> 00:07:24,579
en zelf een oven te bouwen.

112
00:07:24,579 --> 00:07:27,526
Met dank aan mijn begeleider, 
en de faculteit,

113
00:07:27,526 --> 00:07:31,143
kreeg ik extra budget voor de apparatuur.

114
00:07:31,143 --> 00:07:35,536
Op hetzelfde moment won ik ook 
de Young Wild Idea Prize

115
00:07:35,536 --> 00:07:38,053
ter waarde van 10.000 euro.

116
00:07:38,053 --> 00:07:42,975
Ik kon het geld vrij besteden 
aan materiaal.

117
00:07:46,625 --> 00:07:52,669
Ik herinner me dat moment 
op dinsdag 17 april 2012 nog.

118
00:07:53,490 --> 00:07:56,507
Na een heel jaar van lange dagen werken,

119
00:07:56,507 --> 00:08:00,066
begon ik mijn eigen opstelling te testen.

120
00:08:00,066 --> 00:08:03,546
De vacuümpomp van het lab

121
00:08:03,546 --> 00:08:08,778
was meer dan acht jaar oud en 
had er al meer dan 29.000 uur opzitten.

122
00:08:09,948 --> 00:08:13,747
Niet alleen dat, maar de pomp stopte

123
00:08:13,747 --> 00:08:17,815
zodra ze warmer werd dan 40 °C.

124
00:08:19,435 --> 00:08:23,572
Dus kocht ik 
een kleine ventilator van 30 euro

125
00:08:23,572 --> 00:08:27,183
die de pomp perfect kon koelen.

126
00:08:28,483 --> 00:08:32,964
Dit is de oven die ik bouwde.

127
00:08:34,833 --> 00:08:39,614
Ik licht de voordelen 
van deze zelfgemaakte opstelling even toe.

128
00:08:39,614 --> 00:08:42,212
De oven kan 
een kwartsbuis van 1 inch (2,54 cm)

129
00:08:42,212 --> 00:08:45,280
tot meer dan 1.000 °C opwarmen

130
00:08:45,280 --> 00:08:50,340
met een temperatuurafwijking 
van minder dan 1 °C.

131
00:08:51,310 --> 00:08:56,430
Er zit een transparante 
kogelvrije Lexan bedekking rond.

132
00:08:56,430 --> 00:09:00,793
Dat is nodig 
om bij een eventuele gasexplosie

133
00:09:00,793 --> 00:09:03,900
de onderzoeker te beschermen.

134
00:09:03,900 --> 00:09:09,134
Met een wieltje bewegen 
we de oven van op afstand

135
00:09:09,514 --> 00:09:12,613
naar links en naar rechts.

136
00:09:14,536 --> 00:09:17,784
Dat gaat met een versnelling 
en een ketting,

137
00:09:17,784 --> 00:09:21,323
net als bij de versnellingen 
van een fiets.

138
00:09:21,323 --> 00:09:26,550
Hiermee kon ik het monster 
10 keer sneller verwarmen en koelen

139
00:09:26,550 --> 00:09:30,816
dan met commerciële apparatuur.

140
00:09:30,816 --> 00:09:37,246
De kosten van deze opstelling 
bedragen minder dan 20.000 euro.

141
00:09:37,246 --> 00:09:40,593
Dat is meer dan zeven keer goedkoper

142
00:09:40,593 --> 00:09:43,670
dan alle in de handel 
verkrijgbare apparatuur.

143
00:09:43,670 --> 00:09:47,498
Alle componenten kunnen geoptimaliseerd 
en goed gecontroleerd worden.

144
00:09:47,498 --> 00:09:50,961
Het levert veel betere prestaties.

145
00:09:50,961 --> 00:09:54,776
Ik genoot van het werken 
met mijn eigen opstelling.

146
00:09:55,556 --> 00:09:58,513
Dit is grafeen dat ik heb gekweekt.

147
00:09:58,513 --> 00:10:02,453
De grafeenkristallen groeien 
als sneeuwkristallen.

148
00:10:02,453 --> 00:10:04,096
Methaan,

149
00:10:04,906 --> 00:10:09,805
het belangrijkste bestanddeel (80%) 
van aardgas,

150
00:10:10,835 --> 00:10:13,689
kan tot koolstofatomen ontbinden

151
00:10:17,449 --> 00:10:19,959
op een kopersubstraat

152
00:10:23,529 --> 00:10:28,347
van 1000 °C in een omgeving van inert gas.

153
00:10:33,243 --> 00:10:36,385
De koolstofatomen verbinden 
zich aan elkaar

154
00:10:36,385 --> 00:10:40,287
tot koolstofringen 
met een honingraatstructuur

155
00:10:40,287 --> 00:10:42,109
zoals bij grafiet.

156
00:10:43,019 --> 00:10:47,081
Met koolstofisotopen 
kan ik de groeiprocedure volgen.

157
00:10:48,091 --> 00:10:53,027
Stel je voor, 
een individueel grafeenkristal

158
00:10:53,027 --> 00:10:56,473
een paar millimeter groot,

159
00:10:56,473 --> 00:11:02,921
meer dan een miljoen keer groter 
dan de grootte van het koolstofatoom.

160
00:11:06,911 --> 00:11:11,786
Kan je geloven dat dit staal 
een half jaar geleden werd gemaakt

161
00:11:12,964 --> 00:11:18,983
en de enkele laag grafeen nog steeds 
het koper tegen oxidatie te beschermt?

162
00:11:20,433 --> 00:11:23,778
Grafeenkristallen 
worden groter en groter,

163
00:11:24,748 --> 00:11:27,596
en verbinden zich 
met naburige grafeenkristallen

164
00:11:27,596 --> 00:11:30,191
tot een aaneengesloten film.

165
00:11:31,091 --> 00:11:33,574
Zodra er geen onbedekt koper meer is,

166
00:11:33,574 --> 00:11:35,871
stopt de grafeengroei.

167
00:11:37,281 --> 00:11:42,385
Dan zullen we één enkele laag grafeenfilm
van hoge kwaliteit hebben.

168
00:11:43,369 --> 00:11:46,414
Mijn collega en ik toonden 
voor het eerst aan

169
00:11:46,414 --> 00:11:49,613
dat de kwaliteit 
van dit synthetische grafeen

170
00:11:49,613 --> 00:11:53,418
net zo goed is 
als dat van de plakbandmethode,

171
00:11:53,418 --> 00:11:56,767
maar dan aanzienlijk groter.

172
00:11:58,387 --> 00:12:02,910
Voor de massaproductie van grafeen
en om de kosten drastisch te verminderen,

173
00:12:02,910 --> 00:12:08,045
werd een grotere en betere oven 
ontworpen en gebouwd.

174
00:12:09,145 --> 00:12:11,474
Die oven heeft een grotere kwartsbuis,

175
00:12:11,474 --> 00:12:15,929
en blijft altijd op constante temperatuur.

176
00:12:15,929 --> 00:12:18,598
Zodra het grafeen stopt met groeien,

177
00:12:18,598 --> 00:12:24,425
hoef ik de oven alleen maar 
helemaal van de buis weg te halen

178
00:12:24,425 --> 00:12:26,722
en het grafeenmonster eruit te nemen.

179
00:12:26,722 --> 00:12:30,814
Ik kan gelijk een tweede 
grafeengroeicyclus opstarten.

180
00:12:31,784 --> 00:12:34,482
De efficiëntie om grafeen 
van hoge kwaliteit te kweken

181
00:12:34,482 --> 00:12:37,179
kan tien tot twintig keer 
verbeterd worden

182
00:12:37,179 --> 00:12:41,457
en het energieverbruik 
kan veel lager worden.

183
00:12:41,457 --> 00:12:44,133
Met honderden grotere ovens

184
00:12:44,133 --> 00:12:47,895
zal de massaproductie van grafeen 
binnenkort mogelijk geworden.

185
00:12:51,585 --> 00:12:56,389
Hier is een laag grafeen 
op een transparant substraat.

186
00:12:58,389 --> 00:13:01,098
Ik kan jullie er doorheen zien.

187
00:13:04,688 --> 00:13:07,319
Maar er is iets bijzonders.

188
00:13:19,644 --> 00:13:22,440
Het is geleidend

189
00:13:25,080 --> 00:13:27,641
en flexibel.

190
00:13:29,661 --> 00:13:33,031
(Applaus)

191
00:13:40,651 --> 00:13:46,236
Je ziet allerlei toekomstige toepassingen 
voor dit grafeen.

192
00:13:51,312 --> 00:13:54,258
Momenteel kost dit kleine stukje grafeen

193
00:13:54,258 --> 00:13:56,984
rond de 1.000 euro.

194
00:13:57,934 --> 00:14:02,352
Maar ik denk dat de prijs van dit grafeen

195
00:14:02,352 --> 00:14:05,324
binnen een paar jaar 
tot minder dan 1 euro zal dalen,

196
00:14:05,324 --> 00:14:08,624
omdat de materialen die we gebruiken 
om grafeen te produceren,

197
00:14:10,643 --> 00:14:15,072
zoals aardgas en koperfolie,

198
00:14:15,138 --> 00:14:17,884
bijna overal beschikbaar zijn.

199
00:14:18,614 --> 00:14:22,752
Ieder van ons zal in de nabije toekomst 
grafeen kunnen verkrijgen

200
00:14:23,565 --> 00:14:25,585
om deze droom te realiseren.

201
00:14:25,597 --> 00:14:29,586
Vergeet niet dat ik je vertelde 
dat we een betere wereld gaan hebben.

202
00:14:30,908 --> 00:14:33,928
Ik kan jullie nog geen transparante 
glazen ramen lateen zien

203
00:14:33,928 --> 00:14:36,585
die elektriciteit opwekken.

204
00:14:36,585 --> 00:14:40,556
Ook niet elektronica
die in mijn kleren is ingebed.

205
00:14:41,776 --> 00:14:45,700
Maar ik kan je iets tonen 
dat je nog nooit eerder hebt gezien.

206
00:14:47,589 --> 00:14:53,297
Er zit transparant grafeen 
in een patroon van bedrade structuren

207
00:14:54,225 --> 00:14:57,775
op deze transparante polymeervleugel.

208
00:14:58,486 --> 00:15:01,756
Het grafeen is zo bijzonder

209
00:15:01,756 --> 00:15:05,536
dat, zodra we er een beetje energie 
op aanbrengen, het zal krimpen.

210
00:15:06,486 --> 00:15:10,136
En grafeen is zo sterk dat het 
deze polymeervleugel,

211
00:15:10,136 --> 00:15:14,486
die duizend maal zwaarder is, 
kan optillen

212
00:15:14,486 --> 00:15:18,486
om de vleugelslag 
van een bio-robot na te bootsen.

213
00:15:23,615 --> 00:15:28,225
Kijk eens wat ik in deze paar jaren 
heb gedaan en bereikt.

214
00:15:29,925 --> 00:15:32,385
Als jullie aansluiten bij mijn streven

215
00:15:32,385 --> 00:15:35,965
naar de massaproductie 
van grafeen van hoge kwaliteit,

216
00:15:35,965 --> 00:15:39,965
denk ik dat we samen onze droom 
waar kunnen maken.

217
00:15:39,965 --> 00:15:41,485
Dankjewel.

218
00:15:41,485 --> 00:15:42,675
(Applaus)