Paul de Kuyper
Hoewel de schermen steeds beter worden, is lezen van een e-reader nog lang niet altijd een pretje. Het duurt bijvoorbeeld relatief lang voor je kunt doorbladeren naar de volgende pagina. Volgens hoogleraar Frieder Mugele (44) is dat niet nodig. Zijn vakgroep Physics of Complex Fluids is al jaren sterk in elektrowetting, het met behulp van een elektrisch stroompje beïnvloeden van het gedrag van een vloeistof. ‘Daarmee zijn e-readers met videosnelheid mogelijk.’
Mugele past elektrowetting toe op druppels water die op een superhydrofoob, sterk waterafstotend, oppervlak liggen. Dat oppervlak is ruw, er staan als het ware micro-pilaartjes op. Een druppel water blijft op die paaltjes rusten, er is nauwelijks aanraking met het oppervlak. Op planten zie je dat soms ook: regendruppels die op kleine bultjes van het blad liggen waardoor er lucht opgesloten blijft onder de druppel, het zogenaamde lotuseffect.
Door veranderende druk kan een druppel tussen die bultjes of pilaartjes zakken. Het contact met het oppervlak is dan veel groter. Eenmaal ingezakt, gaat een druppel niet meer vanzelf terug naar de top van de paaltjes, terwijl schakelen tussen die twee toestanden (rustend op de paaltjes versus helemaal ertussen gezakt) grote mogelijkheden biedt. ‘De eigenschappen in beide toestanden zijn verschillend, bijvoorbeeld de manier waarop licht afbuigt. Schakelen daartussen leidt tot veel toepassingen, onder meer met lenzen en displays’, aldus Mugele.
Betrouwbaar en in beide richtingen schakelen tussen die twee toestanden is wetenschappers nog niet gelukt, maar Mugele denkt dat elektrowetting de oplossing is. ‘Onder het superhydrofobe oppervlak maak je een elektrisch veld. Als je de spanning opvoert, trek je de vloeistof naar beneden. Zet je de spanning uit, dan gaat de druppel vanzelf weer omhoog. Belangrijk daarbij is het ontwerp van de paaltjes. Dat is bepalend voor de controle over de druppels’, licht Mugele toe. ‘We weten hoe het werkt. Met deze Vici willen we van het theoretische principe tot toepassingen komen.’
De hoogleraar ziet met deze technologie ook kansen voor de e-reader. ‘Nu gaat bladeren nog traag, het kost seconden om een nieuwe pagina te laden. We werken samen met het Eindhovense bedrijf Liquavista, waar ze al langer gebruik maken van elektrowetting om hun e-readers te verbeteren. De pixels in hun display zijn eigenlijk kleine druppels. Met eletrowetting kun je de e-reader van kleur en videosnelheid voorzien.’
Een andere toepassing is een lens die zo klein is dat hij in een mobieltje past en waarmee je toch scherp kunt stellen, iets wat weinig camera’s in telefoons kunnen. ‘Een druppel water is eigenlijk een lens’, licht Mugele toe. ‘Als je de spanning verandert, verandert de kromming van de druppel en dus de manier waarop het licht buigt. Je hebt dan een variabele lens gemaakt. Nog spannender zijn nieuwe vormen van optofluïdische devices, waarin bijvoorbeeld de diffractie (het veranderen en afbuigen) van lichtgolven aan elektrowetting gekoppeld kan worden.’
Tot slot richt Mugele zich op het detecteren van ultrageluid. ‘Een druppel kan heel snel heen en weer gaan. Het grensvlak gaat dan trillen in de frequentie van ultrageluid. Je kunt zo een sensor maken die duizend keer gevoeliger is dan de huidige detectoren die gebruik maken van piëzo-elektrische materialen.’ Mugele slaat voor dit deel van het onderzoek de handen ineen met collega-prof Wiendelt Steenbergen (eveneens faculteit TNW) die begin 2010 een Vici ontving voor zijn onderzoek naar ultrageluid bij medische diagnostiek. ‘Misschien kunnen we samen een sensor bouwen voor zijn metingen.’
Van de anderhalf miljoen euro die Mugele van NWO ontvangt, stelt hij twee promovendi en een postdoc aan. De looptijd van de Vici is vijf jaar. Volgens Mugele genoeg tijd om op elk van de toepassingsgebieden tot een werkend prototype te komen.
‘We weten hoe het werkt. Met deze Vici willen we van theoretisch principe tot toepassingen komen.’ (Foto: Gijs van Ouwerkerk)
