WEBVTT

00:00:15.818 --> 00:00:21.379
Nanomaterialen en nanostructuren 
kom je overal tegen.

00:00:21.379 --> 00:00:24.670
Kijk eens naar de vleugel van een libel.

00:00:24.670 --> 00:00:28.335
Als we 100.000 keer inzoomen

00:00:28.335 --> 00:00:31.506
en naar de transparante membraan kijken,

00:00:31.506 --> 00:00:34.052
kunnen we de nanostructuren zien

00:00:34.052 --> 00:00:37.668
die onzichtbaar zijn voor het blote oog.

00:00:37.668 --> 00:00:40.237
Grafeen is transparant.

00:00:42.987 --> 00:00:46.089
Dit is een moleculair model van grafeen.

00:00:46.089 --> 00:00:48.398
Om dit zichtbaar te maken,

00:00:48.398 --> 00:00:52.307
is het meer 
dan 280 miljoen keer vergroot.

00:00:53.497 --> 00:00:56.478
Grafeen bestaat 
uit slechts één soort atomen:

00:00:57.478 --> 00:00:59.219
koolstof.

00:00:59.869 --> 00:01:01.691
Het is zo simpel.

00:01:01.691 --> 00:01:05.652
Maar grafeen heeft 
veel bijzondere eigenschappen.

00:01:06.492 --> 00:01:11.648
Het is het dunste van alle materialen, 
slechts één atoom dik.

00:01:12.658 --> 00:01:15.776
Het is het sterkste materiaal 
ooit gemeten.

00:01:16.516 --> 00:01:19.594
De koolstofbinding in het vlak is sterker

00:01:19.594 --> 00:01:23.057
dan de tetraëdrische koolstofbinding 
in diamant.

00:01:24.527 --> 00:01:28.487
Het is tegelijkertijd flexibel en rekbaar.

00:01:29.187 --> 00:01:34.183
We kunnen grafeen volledig buigen 
en tot 20% uitrekken.

00:01:34.993 --> 00:01:38.663
Het heeft de hoogste 
thermische geleidbaarheid

00:01:38.663 --> 00:01:41.343
van alle materialen, waaronder koper.

00:01:41.343 --> 00:01:46.005
Het kan bij kamertemperatuur 
de hoogste stroomdichtheid weerstaan,

00:01:46.745 --> 00:01:49.878
het heeft de hoogste 
intrinsieke mobiliteit,

00:01:49.878 --> 00:01:53.163
100 keer meer dan die in silicium.

00:01:54.523 --> 00:01:58.068
Het is het meest 
ondoordringbare materiaal,

00:01:58.068 --> 00:02:02.951
zelfs de kleine heliumatomen 
kunnen er niet door.

00:02:04.501 --> 00:02:07.165
Grafeen zal de wereld veranderen.

00:02:07.165 --> 00:02:11.777
Er zal zeker een compleet andere 
intelligente samenleving zijn

00:02:11.777 --> 00:02:14.451
binnen 10 tot 20 jaar.

00:02:14.451 --> 00:02:18.199
Laten we eens nadenken over de toekomst.

00:02:19.249 --> 00:02:22.985
Stel je voor 
dat alle transparante glazen ramen

00:02:22.985 --> 00:02:27.059
voortdurend elektriciteit 
konden opwekken met zonlicht

00:02:27.079 --> 00:02:30.912
en de energie leveren voor alle gebouwen.

00:02:31.972 --> 00:02:36.367
Stel je voor dat alle elektrische 
voertuigen en elektronische apparaten

00:02:36.367 --> 00:02:40.632
binnen 10 minuten konden worden opgeladen 
en het een paar dagen volhouden.

00:02:41.582 --> 00:02:47.259
Stel je voor dat je zeewater 
kunt ontzilten met een zak-apparaat

00:02:47.259 --> 00:02:51.307
om er overal drinkwater van te maken.

00:02:51.307 --> 00:02:54.693
Stel je voor dat slimme 
elektronische apparaten

00:02:54.693 --> 00:02:58.079
kunnen worden geïntegreerd in onze kleren,

00:02:58.079 --> 00:03:01.466
en sommigen zelfs 
geïmplanteerd onder onze huid.

00:03:02.786 --> 00:03:06.404
Stel je voor dat lichtgewicht 
composietmaterialen

00:03:06.404 --> 00:03:08.462
sterker dan ooit zouden kunnen zijn

00:03:08.462 --> 00:03:12.175
zodat ze het belangrijkste 
structurele materiaal

00:03:12.175 --> 00:03:16.498
voor schepen, auto’s en vliegtuigen
zouden kunnen zijn.

00:03:17.288 --> 00:03:21.733
Stel je voor dat elektronische chips

00:03:21.733 --> 00:03:24.268
duizend keer sneller konden rekenen

00:03:24.268 --> 00:03:27.694
met plasmons in plaats van met elektronen.

00:03:27.694 --> 00:03:30.858
Al deze dromen zullen 
zich ooit realiseren

00:03:30.858 --> 00:03:34.022
en onze samenleving grondig veranderen.

00:03:34.022 --> 00:03:37.186
Ik geloof dat het nog 
tijdens ons leven zal gebeuren

00:03:37.186 --> 00:03:40.765
dankzij het onderzoek 
van dit nieuwe nanomateriaal.

00:03:41.655 --> 00:03:44.979
Maar grafeen produceren 
is heel moeilijk.

00:03:46.239 --> 00:03:49.949
Hoewel geweten was dat grafeen 
aanwezig is in grafiet

00:03:49.949 --> 00:03:53.381
geloofden de meeste wetenschappers 
dat het onmogelijk zou zijn

00:03:53.381 --> 00:03:56.010
om stabiel grafeen te isoleren.

00:03:56.010 --> 00:04:00.340
In de jaren 1930 
voorspelden Landau en Peierls

00:04:00.340 --> 00:04:04.782
dat 2D-kristallen 
thermodynamisch instabiel zouden zijn

00:04:04.782 --> 00:04:07.169
en dus niet konden bestaan.

00:04:07.169 --> 00:04:12.117
30 jaar later presenteerde Mermin 
verdere analyseresultaten

00:04:12.117 --> 00:04:16.036
om deze hypothese te ondersteunen.

00:04:16.036 --> 00:04:19.176
Totdat in 2004 twee wetenschappers,

00:04:19.176 --> 00:04:21.714
Andre Geim en Kostya Novoselov,

00:04:21.714 --> 00:04:25.454
plakband gebruikten 
om grafeen te produceren.

00:04:25.454 --> 00:04:30.471
Door tape herhaalde keren 
op grafietlamellen te plaatsen

00:04:30.471 --> 00:04:33.466
en laag per laag af te pellen,

00:04:35.326 --> 00:04:38.684
wordt het grafiet dunner en dunner.

00:04:38.684 --> 00:04:42.870
Hoewel het meeste bestaat 
uit dunne grafietlamellen,

00:04:42.870 --> 00:04:46.282
werden uiteindelijk 
toch een paar kleine stukjes

00:04:46.282 --> 00:04:49.304
van éénlaagsgrafeen geïsoleerd.

00:04:49.304 --> 00:04:53.106
Sindsdien doen duizenden 
wetenschappers onderzoek

00:04:53.106 --> 00:04:56.974
op kleine stukjes éénlaagsgrafeen

00:04:56.974 --> 00:04:59.791
met behulp van de plakbandmethode.

00:04:59.791 --> 00:05:03.892
Kan je geloven dat 
de Nobelprijs voor Natuurkunde

00:05:03.892 --> 00:05:06.638
in 2010 aan deze twee wetenschappers 
werd toegekend

00:05:06.638 --> 00:05:11.155
om hun baanbrekende plakbandexperiment? 
(Gelach)

00:05:11.155 --> 00:05:13.993
Het is natuurlijk geen praktische manier

00:05:13.993 --> 00:05:18.103
om massa’s grafeen te produceren 
en nuttige producten te maken.

00:05:18.103 --> 00:05:21.749
Tegenwoordig worden tonnen 
kleine vlokken van meerlaagsgrafeen,

00:05:21.749 --> 00:05:25.160
strikt genomen dunne grafietlamellen,

00:05:25.160 --> 00:05:29.761
geproduceerd via de methode 
van chemische exfoliatie.

00:05:29.761 --> 00:05:33.577
Ze worden verwerkt 
in tennisrackets of fietsbanden

00:05:33.577 --> 00:05:38.029
om de sterkte te verbeteren 
en het gewicht te verlagen.

00:05:38.029 --> 00:05:41.506
Maar het geproduceerde materiaal is zwart,

00:05:41.506 --> 00:05:46.444
niet zoals het transparante grafeen.

00:05:46.444 --> 00:05:51.286
Als de kleur zwart is, 
betekent dit dat de vlokken te dik zijn.

00:05:52.266 --> 00:05:54.976
Ook zijn de vlokken te klein

00:05:54.976 --> 00:05:59.246
voor de leuke dingen waar ik het over had.

00:06:00.398 --> 00:06:04.601
Als experimenteel onderzoeker van grafeen,

00:06:04.601 --> 00:06:08.132
heb ik grote oppervlaktes 
éénlaagsgrafeen nodig

00:06:08.132 --> 00:06:10.503
voor mijn experimenten.

00:06:10.503 --> 00:06:13.456
Ik vond toentertijd in Nederland 
geen onderzoeksgroep

00:06:13.456 --> 00:06:17.040
die mij grafeen van hoge kwaliteit 
kon leveren.

00:06:19.144 --> 00:06:21.727
Ik pendelde elke dag

00:06:21.727 --> 00:06:24.710
tussen de Universiteit van Leiden 
en de TU Delft.

00:06:24.710 --> 00:06:29.994
terwijl ik probeerde uit te knobbelen 
hoe ik grote grafeenmonsters kon kweken.

00:06:30.554 --> 00:06:33.294
Met de bestaande faciliteiten

00:06:33.294 --> 00:06:36.995
kon ik geen hoogwaardig grafeen isoleren.

00:06:36.995 --> 00:06:41.550
Ofwel omdat de gasstroom 
niet goed kon worden afgesteld,

00:06:41.550 --> 00:06:45.770
ofwel omdat het verwarmingsoppervlak 
te klein was

00:06:45.770 --> 00:06:48.507
om grotere stalen grafeen te kweken.

00:06:49.207 --> 00:06:51.887
Het vermogen van de verwarmer 
was niet eens voldoende

00:06:51.887 --> 00:06:54.838
om 1.000 graden Celsius te bereiken.

00:06:56.018 --> 00:07:00.108
Elke dag stond ik op om 6 uur

00:07:00.108 --> 00:07:02.489
en keerde pas om middernacht 
terug naar huis.

00:07:02.489 --> 00:07:06.059
Alles wat ik kon bedenken, 
heb ik geprobeerd.

00:07:06.629 --> 00:07:12.435
Maar ik kreeg alleen maar frustratie 
en nieuwe problemen.

00:07:12.435 --> 00:07:15.204
Ik dacht: "Als het zo verder moet,

00:07:15.204 --> 00:07:17.584
ga ik mijn promotieonderzoek 
nooit afkrijgen."

00:07:18.624 --> 00:07:22.589
Vier maanden later besloot ik 
niet langer mijn tijd te verspillen

00:07:22.589 --> 00:07:24.579
en zelf een oven te bouwen.

00:07:24.579 --> 00:07:27.526
Met dank aan mijn begeleider, 
en de faculteit,

00:07:27.526 --> 00:07:31.143
kreeg ik extra budget voor de apparatuur.

00:07:31.143 --> 00:07:35.536
Op hetzelfde moment won ik ook 
de Young Wild Idea Prize

00:07:35.536 --> 00:07:38.053
ter waarde van 10.000 euro.

00:07:38.053 --> 00:07:42.975
Ik kon het geld vrij besteden 
aan materiaal.

00:07:46.625 --> 00:07:52.669
Ik herinner me dat moment 
op dinsdag 17 april 2012 nog.

00:07:53.490 --> 00:07:56.507
Na een heel jaar van lange dagen werken,

00:07:56.507 --> 00:08:00.066
begon ik mijn eigen opstelling te testen.

00:08:00.066 --> 00:08:03.546
De vacuümpomp van het lab

00:08:03.546 --> 00:08:08.778
was meer dan acht jaar oud en 
had er al meer dan 29.000 uur opzitten.

00:08:09.948 --> 00:08:13.747
Niet alleen dat, maar de pomp stopte

00:08:13.747 --> 00:08:17.815
zodra ze warmer werd dan 40 °C.

00:08:19.435 --> 00:08:23.572
Dus kocht ik 
een kleine ventilator van 30 euro

00:08:23.572 --> 00:08:27.183
die de pomp perfect kon koelen.

00:08:28.483 --> 00:08:32.964
Dit is de oven die ik bouwde.

00:08:34.833 --> 00:08:39.614
Ik licht de voordelen 
van deze zelfgemaakte opstelling even toe.

00:08:39.614 --> 00:08:42.212
De oven kan 
een kwartsbuis van 1 inch (2,54 cm)

00:08:42.212 --> 00:08:45.280
tot meer dan 1.000 °C opwarmen

00:08:45.280 --> 00:08:50.340
met een temperatuurafwijking 
van minder dan 1 °C.

00:08:51.310 --> 00:08:56.430
Er zit een transparante 
kogelvrije Lexan bedekking rond.

00:08:56.430 --> 00:09:00.793
Dat is nodig 
om bij een eventuele gasexplosie

00:09:00.793 --> 00:09:03.900
de onderzoeker te beschermen.

00:09:03.900 --> 00:09:09.134
Met een wieltje bewegen 
we de oven van op afstand

00:09:09.514 --> 00:09:12.613
naar links en naar rechts.

00:09:14.536 --> 00:09:17.784
Dat gaat met een versnelling 
en een ketting,

00:09:17.784 --> 00:09:21.323
net als bij de versnellingen 
van een fiets.

00:09:21.323 --> 00:09:26.550
Hiermee kon ik het monster 
10 keer sneller verwarmen en koelen

00:09:26.550 --> 00:09:30.816
dan met commerciële apparatuur.

00:09:30.816 --> 00:09:37.246
De kosten van deze opstelling 
bedragen minder dan 20.000 euro.

00:09:37.246 --> 00:09:40.593
Dat is meer dan zeven keer goedkoper

00:09:40.593 --> 00:09:43.670
dan alle in de handel 
verkrijgbare apparatuur.

00:09:43.670 --> 00:09:47.498
Alle componenten kunnen geoptimaliseerd 
en goed gecontroleerd worden.

00:09:47.498 --> 00:09:50.961
Het levert veel betere prestaties.

00:09:50.961 --> 00:09:54.776
Ik genoot van het werken 
met mijn eigen opstelling.

00:09:55.556 --> 00:09:58.513
Dit is grafeen dat ik heb gekweekt.

00:09:58.513 --> 00:10:02.453
De grafeenkristallen groeien 
als sneeuwkristallen.

00:10:02.453 --> 00:10:04.096
Methaan,

00:10:04.906 --> 00:10:09.805
het belangrijkste bestanddeel (80%) 
van aardgas,

00:10:10.835 --> 00:10:13.689
kan tot koolstofatomen ontbinden

00:10:17.449 --> 00:10:19.959
op een kopersubstraat

00:10:23.529 --> 00:10:28.347
van 1000 °C in een omgeving van inert gas.

00:10:33.243 --> 00:10:36.385
De koolstofatomen verbinden 
zich aan elkaar

00:10:36.385 --> 00:10:40.287
tot koolstofringen 
met een honingraatstructuur

00:10:40.287 --> 00:10:42.109
zoals bij grafiet.

00:10:43.019 --> 00:10:47.081
Met koolstofisotopen 
kan ik de groeiprocedure volgen.

00:10:48.091 --> 00:10:53.027
Stel je voor, 
een individueel grafeenkristal

00:10:53.027 --> 00:10:56.473
een paar millimeter groot,

00:10:56.473 --> 00:11:02.921
meer dan een miljoen keer groter 
dan de grootte van het koolstofatoom.

00:11:06.911 --> 00:11:11.786
Kan je geloven dat dit staal 
een half jaar geleden werd gemaakt

00:11:12.964 --> 00:11:18.983
en de enkele laag grafeen nog steeds 
het koper tegen oxidatie te beschermt?

00:11:20.433 --> 00:11:23.778
Grafeenkristallen 
worden groter en groter,

00:11:24.748 --> 00:11:27.596
en verbinden zich 
met naburige grafeenkristallen

00:11:27.596 --> 00:11:30.191
tot een aaneengesloten film.

00:11:31.091 --> 00:11:33.574
Zodra er geen onbedekt koper meer is,

00:11:33.574 --> 00:11:35.871
stopt de grafeengroei.

00:11:37.281 --> 00:11:42.385
Dan zullen we één enkele laag grafeenfilm
van hoge kwaliteit hebben.

00:11:43.369 --> 00:11:46.414
Mijn collega en ik toonden 
voor het eerst aan

00:11:46.414 --> 00:11:49.613
dat de kwaliteit 
van dit synthetische grafeen

00:11:49.613 --> 00:11:53.418
net zo goed is 
als dat van de plakbandmethode,

00:11:53.418 --> 00:11:56.767
maar dan aanzienlijk groter.

00:11:58.387 --> 00:12:02.910
Voor de massaproductie van grafeen
en om de kosten drastisch te verminderen,

00:12:02.910 --> 00:12:08.045
werd een grotere en betere oven 
ontworpen en gebouwd.

00:12:09.145 --> 00:12:11.474
Die oven heeft een grotere kwartsbuis,

00:12:11.474 --> 00:12:15.929
en blijft altijd op constante temperatuur.

00:12:15.929 --> 00:12:18.598
Zodra het grafeen stopt met groeien,

00:12:18.598 --> 00:12:24.425
hoef ik de oven alleen maar 
helemaal van de buis weg te halen

00:12:24.425 --> 00:12:26.722
en het grafeenmonster eruit te nemen.

00:12:26.722 --> 00:12:30.814
Ik kan gelijk een tweede 
grafeengroeicyclus opstarten.

00:12:31.784 --> 00:12:34.482
De efficiëntie om grafeen 
van hoge kwaliteit te kweken

00:12:34.482 --> 00:12:37.179
kan tien tot twintig keer 
verbeterd worden

00:12:37.179 --> 00:12:41.457
en het energieverbruik 
kan veel lager worden.

00:12:41.457 --> 00:12:44.133
Met honderden grotere ovens

00:12:44.133 --> 00:12:47.895
zal de massaproductie van grafeen 
binnenkort mogelijk geworden.

00:12:51.585 --> 00:12:56.389
Hier is een laag grafeen 
op een transparant substraat.

00:12:58.389 --> 00:13:01.098
Ik kan jullie er doorheen zien.

00:13:04.688 --> 00:13:07.319
Maar er is iets bijzonders.

00:13:19.644 --> 00:13:22.440
Het is geleidend

00:13:25.080 --> 00:13:27.641
en flexibel.

00:13:29.661 --> 00:13:33.031
(Applaus)

00:13:40.651 --> 00:13:46.236
Je ziet allerlei toekomstige toepassingen 
voor dit grafeen.

00:13:51.312 --> 00:13:54.258
Momenteel kost dit kleine stukje grafeen

00:13:54.258 --> 00:13:56.984
rond de 1.000 euro.

00:13:57.934 --> 00:14:02.352
Maar ik denk dat de prijs van dit grafeen

00:14:02.352 --> 00:14:05.324
binnen een paar jaar 
tot minder dan 1 euro zal dalen,

00:14:05.324 --> 00:14:08.624
omdat de materialen die we gebruiken 
om grafeen te produceren,

00:14:10.643 --> 00:14:15.072
zoals aardgas en koperfolie,

00:14:15.138 --> 00:14:17.884
bijna overal beschikbaar zijn.

00:14:18.614 --> 00:14:22.752
Ieder van ons zal in de nabije toekomst 
grafeen kunnen verkrijgen

00:14:23.565 --> 00:14:25.585
om deze droom te realiseren.

00:14:25.597 --> 00:14:29.586
Vergeet niet dat ik je vertelde 
dat we een betere wereld gaan hebben.

00:14:30.908 --> 00:14:33.928
Ik kan jullie nog geen transparante 
glazen ramen lateen zien

00:14:33.928 --> 00:14:36.585
die elektriciteit opwekken.

00:14:36.585 --> 00:14:40.556
Ook niet elektronica
die in mijn kleren is ingebed.

00:14:41.776 --> 00:14:45.700
Maar ik kan je iets tonen 
dat je nog nooit eerder hebt gezien.

00:14:47.589 --> 00:14:53.297
Er zit transparant grafeen 
in een patroon van bedrade structuren

00:14:54.225 --> 00:14:57.775
op deze transparante polymeervleugel.

00:14:58.486 --> 00:15:01.756
Het grafeen is zo bijzonder

00:15:01.756 --> 00:15:05.536
dat, zodra we er een beetje energie 
op aanbrengen, het zal krimpen.

00:15:06.486 --> 00:15:10.136
En grafeen is zo sterk dat het 
deze polymeervleugel,

00:15:10.136 --> 00:15:14.486
die duizend maal zwaarder is, 
kan optillen

00:15:14.486 --> 00:15:18.486
om de vleugelslag 
van een bio-robot na te bootsen.

00:15:23.615 --> 00:15:28.225
Kijk eens wat ik in deze paar jaren 
heb gedaan en bereikt.

00:15:29.925 --> 00:15:32.385
Als jullie aansluiten bij mijn streven

00:15:32.385 --> 00:15:35.965
naar de massaproductie 
van grafeen van hoge kwaliteit,

00:15:35.965 --> 00:15:39.965
denk ik dat we samen onze droom 
waar kunnen maken.

00:15:39.965 --> 00:15:41.485
Dankjewel.

00:15:41.485 --> 00:15:42.675
(Applaus)