Onderzoekers van het onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente, samen met onderzoekers van enkele andere kennisinstellingen, hebben een 'flexo-elektrisch' nanomateriaal ontwikkeld. Het materiaal heeft een ingebouwde mechanische spanning die van vorm verandert wanneer u elektrische spanning toepast, of die elektriciteit opwekt als je van vorm verandert.

In een artikel gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift Natuur Nanotechnologie , laten de onderzoekers ook zien dat hoe dunner je het materiaal maakt, hoe sterker dit flexo-elektrisch effect wordt. Professor Guus Rijnders, die bij het onderzoek betrokken was, beschrijft dit als een geheel nieuw kennisgebied met enkele interessante toepassingen. Je zou het materiaal kunnen gebruiken om een ​​pacemaker in het menselijk lichaam op te laden, bijvoorbeeld, of om zeer gevoelige sensoren te maken.

Piëzo-elektrische materialen worden veel gebruikt in elektronische toepassingen. In specifieke termen, dit zijn kristallijne materialen die elektrisch vermogen kunnen omzetten in druk en vice versa. Het nadeel van deze materialen is dat ze lood bevatten - wat milieu- en gezondheidsrisico's met zich meebrengt - en dat het piëzo-elektrisch effect afneemt als je het materiaal dunner maakt.

Hoe dunner het materiaal, hoe sterker het effect

Al sinds de jaren zestig beweren natuurkundigen dat het flexo-elektrische effect zou kunnen bestaan. Dit zou het mogelijk maken om niet-piëzo-elektrische materialen piëzo-elektrische eigenschappen te geven. In die tijd, echter, fabricagemethoden waren ontoereikend voor de productie van dergelijke materialen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de Universiteit Twente, het Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology en Cornell University zijn erin geslaagd een flexo-elektrisch nanosysteem te ontwikkelen van slechts 70 nanometer dik. Het blijkt dat hoewel het flexo-elektrische effect erg zwak is, hoe dunner je het materiaal maakt, hoe sterker het effect wordt.

Ultragevoelige sensoren

Volgens prof.dr. Guus Rijnders, die bij het onderzoek betrokken was, het zal uiteindelijk mogelijk zijn om flexo-elektrische materialen te maken met een dikte van slechts enkele atoomlagen. Deze ontdekking kan allerlei interessante toepassingen hebben. 'Je zou sensoren kunnen maken die een enkel molecuul kunnen detecteren, bijvoorbeeld. Een molecuul zou op een vibrerende sensor landen, waardoor het net een fractie zwaarder is, de trilling slechts een klein beetje vertragen. Met het flexo-elektrisch effect zou de reductie in frequentie dan eenvoudig kunnen worden gemeten.' Naast ultragevoelige sensoren, flexo-elektrische materialen kunnen ook nuttig zijn in toepassingen die een beperkte hoeveelheid stroom vereisen, maar die moeilijk te bereiken zijn, zoals in pacemakers of cochleaire implantaten in het menselijk lichaam.