Onderzoekers van het Laboratorium voor Organische Elektronica, Linköping Universiteit, hebben een materiaal ontdekt dat het volume zowel kan vergroten als verkleinen bij blootstelling aan een zwakke elektrische puls. In een spons, of filteren, de onderzoekers kunnen de grootte van deeltjes die passeren regelen.

materialen, zoals vaste stoffen en gels, die van volume veranderen afhankelijk van temperatuur of pH zijn al lang beschikbaar. Dergelijke materialen worden gebruikt in regeleenheden (bijvoorbeeld ramen in kassen die automatisch openen en sluiten afhankelijk van de temperatuur). Ze worden ook gebruikt in robots en in andere elektromechanische systemen en in toepassingen in de biogeneeskunde. Een eigenschap die onderzoekers hebben, echter, lang gezocht is de verandering van een materiaal van een vaste vorm naar een geltoestand met behulp van een elektrisch signaal. Het is bijzonder wenselijk dat een dergelijke elektronische besturing van de faseovergang omkeerbaar is. Het doel is om het volume elektrisch te kunnen regelen. Dit kan in de huidige materialen, maar onderzoekers hebben hoogstens een verdubbeling van het volume weten te realiseren.

Wetenschappers van het Laboratorium voor Organische Elektronica, Campus Norrköping, hebben nu een nieuw materiaal ontdekt, een geleidend polymeer, dat het volume met een factor meer dan 100 kan verhogen. Het materiaal is gesynthetiseerd in samenwerking met onderzoekers van het Imperial College in Londen. De verandering vindt plaats wanneer het materiaal in een elektrolyt wordt geplaatst en wordt onderworpen aan een zwakke elektrische spanning van +0,8 V. Als een negatieve spanning, -0,8 V, in plaats daarvan wordt toegepast, de materiële contracten, bijna de hele weg terug naar het oorspronkelijke volume.

Dit is een aanzienlijk grotere volumeverandering dan eerder gemeld, niet alleen in geleidende polymeren, maar ook in andere materialen die worden aangestuurd door een elektrisch signaal.

Bij experimenten uitgevoerd door Johannes Gladisch en Eleni Stavrinidou werd het geleidende polymeer als een film met een dikte van enkele micrometers rond een elektrisch geleidende koolstofvezel geplaatst (getoond in de video die hier is gelinkt). Wanneer elektrische pulsen met een sterkte van +0,5 V of +0,8 V worden toegepast, het materiaal verandert zijn interne structuur, absorbeert vervolgens water en wordt uiteindelijk omgezet in een gel die uitzet tot 14 of 120 keer het oorspronkelijke volume. Wanneer pulsen met een grootte van +/- 0,5 V herhaaldelijk worden toegepast, het materiaal zet ongeveer 300% uit, of tot drie keer, met betrekking tot zijn vorige contractuele staat. De verandering in volume is omkeerbaar.

De wetenschappers beschrijven in het artikel ook een toepassing, gepubliceerd in Geavanceerde wetenschap . Dit is een slimme spons, of filteren, waarin ze de uitbreiding elektronisch kunnen regelen, en op deze manier de poriegrootte met 85% veranderen.

"We kunnen de poriegrootte van een filter elektronisch regelen, en mogelijk actief de grootte van deeltjes die er doorheen gaan controleren. Dit betekent dat de eigenschappen van dit slimme filter dynamisch kunnen worden gewijzigd om verschillende soorten of verschillende groottes deeltjes door te laten. Deze functie kan worden gebruikt voor het zeven, filtratie, zuivering, en in proceschemie. Het kan ook toepassingen hebben in de geneeskunde en biochemie", zegt Magnus Berggren, hoogleraar organische elektronica en directeur van het Laboratorium voor Organische Elektronica.