Drie RIKEN-onderzoekers hebben een vloeistof gemaakt waarvan de reactie op een elektrisch veld kan worden afgestemd over het grootste bereik van elk bekend materiaal. De vloeistof kan worden gebruikt in verschillende toepassingen, waaronder draagbare elektronica.

Hoe materialen reageren op een elektrisch veld varieert sterk. Sommige keramiek, kunststoffen en glazen vertonen grote reacties omdat ze zijn gemaakt van polaire moleculen, die positieve en negatieve delen hebben. Wanneer een elektrisch veld wordt aangelegd, richten de moleculen zich op het elektrische veld. Daarentegen heeft een elektrisch veld heel weinig effect op materialen met niet-polaire moleculen zoals lucht en de meeste organische materialen.

Deze respons wordt gemeten door een getal dat bekend staat als de diëlektrische permittiviteit - lucht heeft een diëlektrische permittiviteit die heel dicht bij één ligt, terwijl materialen met grote responsen waarden in de duizenden hebben.

Nu hebben Hiroya Nishikawa, Koki Sano en Fumito Araoka, allemaal van het RIKEN Center for Emergent Matter Science, een vloeistof ontwikkeld waarvan de diëlektrische permittiviteit in slechts een halve minuut kan variëren van 200 tot 18.000 wanneer er licht op schijnt.

Het trio realiseerde dit door twee moleculen te combineren. Het eerste molecuul is een vloeibaar kristal dat twee fasen heeft:een met een lage diëlektrische permittiviteit en de andere met een extreem hoge. Het tweede molecuul is lichtgevoelig. Toen blauw licht op het gecombineerde molecuul scheen, schakelde het over van de fase met lage diëlektrische permittiviteit naar de hoge; toen groen licht op de vloeistof scheen, keerde het de situatie om, waardoor het terugkeerde naar de fase met lage diëlektrische permittiviteit.

Aangezien een hoge diëlektrische permittiviteit belangrijk is voor het maken van condensatoren die veel elektrische lading opslaan, zou de vloeistof kunnen worden gebruikt in toepassingen die variabele condensatoren vereisen. "Als je zo'n hoge capaciteit wilde hebben, zou je een speciaal ontworpen condensator nodig hebben", zegt Araoka. "Maar we zouden een hoge capaciteit kunnen realiseren door het materiaal gewoon tussen elektroden te sandwichen, omdat de vloeistof zo'n hoge diëlektrische permittiviteit heeft."

In hun studie gepubliceerd in Nature Communications , demonstreerde het team een ​​toepassing van de vloeistof door deze te koppelen aan een geluidsgenerator en deze te gebruiken om de toonhoogte van het geluid over een breed bereik te veranderen wanneer ze licht op de vloeistof schenen.

Het mechanisme achter de hoge diëlektrische permittiviteit is een mysterie. "We hebben momenteel geen idee hoe deze hoge diëlektrische permittiviteit wordt gerealiseerd", zegt Araoka. "Dus we willen graag de reden ervoor ontdekken."

Het team wil de vloeistof ook gebruiken om flexibele elektronische apparaten te maken. "In het huidige onderzoek hebben we een glassubstraat gebruikt", zegt Nishikawa. "Maar we kunnen het vervangen door een flexibele film om apparaten te maken die op de huid kunnen worden gedragen." + Verder verkennen

Onderzoek toont aan dat zwitterionen de diëlektrische constante van zachte materialen kunnen verhogen