Voorspellingen van natuurkundigen van de Universiteit van Luxemburg hebben onlangs geleid tot de ontdekking van een materiaal met speciale elektrische eigenschappen dat de interesse wekt van de kunststofproducerende industrie. Drie jaar geleden, natuurkundigen uit Luxemburg hadden theoretisch de ongebruikelijke eigenschappen van een bepaald composietmateriaal voorspeld. Deze berekeningen konden nu experimenteel worden bevestigd in samenwerking met het "Centre de Recherche Paul Pascal" in Bordeaux, Frankrijk, en resulteerde in de ontdekking van een zogenaamd high-k-materiaal, die de productie van betere apparaten voor energieopslag mogelijk zouden kunnen maken - de basis voor kleinere, snellere en efficiëntere elektronica.

De eerdere berekeningen van het team rond Tanja Schilling, hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Luxemburg, waren aanvankelijk nogal slecht nieuws voor het materiaalonderzoek:ze gaven aan dat bepaalde samengestelde materialen gemaakt van polymeren en vlokkig grafeen, in tegenstelling tot die gemaakt van polymeren en koolstofnanobuizen, verhoogde de geleidbaarheid van het materiaal niet in de mate die tot dan toe algemeen werd verwacht. Het was destijds een verrassende conclusie die vraagtekens zette bij het gebruik van grafeen om de geleidbaarheid te verhogen.

Deze voorspelling, echter, leiden nu tot een veelbelovende ontdekking:het effect dat de geleidbaarheid van de kunststof-grafeen-verbinding in twijfel trok, zorgt ervoor dat het opmerkelijke diëlektrische eigenschappen heeft. Dit betekent dat men er een sterk elektrisch veld in kan opwekken - de fundamentele eigenschap voor de productie van efficiënte condensatoren. Dit zijn kleine componenten die energie statisch kunnen opslaan en die voorkomen in bijna alle elektronische apparaten, waar ze fungeren als spanningsregelaars of informatieopslag, onder andere. Computers, bijvoorbeeld, bevatten er miljarden van.

"Materialen met een hoge diëlektrische constante, zogenaamde high-k-materialen, zijn zeer gewild, " zegt Tanja Schilling, hoofd van het onderzoeksproject van de faculteit Bètawetenschappen, Technologie en Communicatie van de Universiteit van Luxemburg. "De ontdekking op basis van onze voorspellingen is nu gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Natuurcommunicatie - waar we erg blij mee zijn."

De speciale diëlektrische eigenschappen van het samengestelde materiaal treden op als gevolg van de vloeibaar-kristaleigenschappen die de rangschikking van de grafeenvlokken in een geleidende structuur belemmeren. Dus als er een elektrische stroom is, het stroomt niet rechtstreeks door de verbinding, maar genereert in plaats daarvan een sterk elektrisch veld. Terwijl in andere samengestelde materialen het huidige permeabele effect de dominante is, de Luxemburgse natuurkundigen konden wiskundig aantonen dat, in dit geval, de vloeibaar-kristaleigenschappen spelen de hoofdrol en zijn verantwoordelijk voor de onverwachte elektrische eigenschappen.

Het chemiebedrijf Solvay, partner van het onderzoeksproject, wil nu het onderzoek rond dit nieuwe high-k-materiaal voortzetten, gericht op het produceren van kunststoffen voor bijzonder efficiënte condensatoren en andere toepassingen in de toekomst.