Elektronisk signal udvider materialet med en faktor på 100

Forskere ved Laboratory of Organic Electronics, Linköping Universitet, har opdaget et materiale, der både kan øge og reducere dets volumen, når det udsættes for en svag elektrisk puls. I en svamp, eller filter, forskerne kan kontrollere størrelsen af ​​partikler, der passerer igennem.

Materialer, såsom faste stoffer og geler, at ændre volumen afhængigt af temperatur eller pH har længe været tilgængelige. Sådanne materialer bruges i kontrolenheder (hvoraf et eksempel er vinduer i drivhuse, der automatisk åbner og lukker afhængigt af temperaturen). De bruges også i robotter og i andre elektromekaniske systemer og i anvendelser inden for biomedicin. En egenskab, som forskere har, imidlertid, længe søgt er ændringen af ​​et materiale fra en fast form til en geltilstand ved hjælp af et elektrisk signal. Det er særligt ønskeligt, at en sådan elektronisk styring af faseovergangen er reversibel. Målet er at kunne styre lydstyrken ved hjælp af elektriske midler. Dette er muligt i nuværende materialer, men forskerne har kun kunnet opnå højst en fordobling af volumen.

Forskere ved Laboratory of Organic Electronics, Campus Norrköping, har nu opdaget et nyt materiale, en ledende polymer, der kan øge dets volumen med en faktor på mere end 100. Materialet blev syntetiseret i samarbejde med forskere fra Imperial College i London. Ændringen sker, når materialet placeres i en elektrolyt og udsættes for en svag elektrisk spænding på +0,8 V. Hvis en negativ spænding, -0,8 V, i stedet anvendes, de materielle kontrakter, næsten hele vejen tilbage til dets oprindelige bind.

Dette er en væsentlig større volumenændring end de tidligere rapporterede, ikke kun i ledende polymerer, men også i andre materialer styret af et elektrisk signal.

Eksperimenter udført af Johannes Gladisch og Eleni Stavrinidou har involveret, at den ledende polymer er placeret som en film med en tykkelse på et par mikrometer omkring en elektrisk ledende kulfiber (vist i videoen linket her). Når der påføres elektriske impulser med en størrelse på +0,5 V eller +0,8 V, materialet ændrer sin indre struktur, absorberer derefter vand og omdannes til sidst til en gel, der udvider sig til 14 eller 120 gange det oprindelige volumen. Når impulser af størrelsesorden +/- 0,5 V påføres gentagne gange, materialet udvider sig med cirka 300 %, eller til tre gange, med hensyn til dens tidligere kontrakttilstand. Ændringen i volumen er reversibel.

Forskerne beskriver også en anvendelse i artiklen, udgivet i Avanceret Videnskab . Dette er en smart svamp, eller filter, hvor de kan styre udvidelsen elektronisk, og på denne måde ændre porestørrelsen med 85%.

"Vi kan kontrollere porestørrelsen af ​​et filter elektronisk, og potentielt aktivt kontrollere størrelsen af ​​partikler, der passerer igennem. Det betyder, at egenskaberne af dette smarte filter kan ændres dynamisk for at tillade forskellige typer eller forskellige størrelser af partikler at passere igennem. Denne funktion kan bruges til sigtning, filtrering, rensning, og i proceskemi. Det kan også have anvendelser inden for medicin og biokemi", siger Magnus Berggren, professor i økologisk elektronik og direktør for Laboratoriet for Økologisk Elektronik.