At skinne lys på en væske ændrer fuldstændig dens dielektriske permittivitet

Tre RIKEN-forskere har skabt en væske, hvis reaktion på et elektrisk felt kan indstilles over det største udvalg af kendt materiale. Væsken kan finde anvendelse i forskellige applikationer, herunder bærbar elektronik.

Hvordan materialer reagerer på et elektrisk felt varierer meget. Nogle keramik, plastik og glas viser store reaktioner, fordi de er lavet af polære molekyler, som har positive og negative dele. Når et elektrisk felt påføres, retter molekylerne sig efter det elektriske felt. I modsætning hertil har et elektrisk felt meget lidt effekt på materialer, der har ikke-polære molekyler, såsom luft og de fleste organiske materialer.

Denne respons måles ved et tal kendt som den dielektriske permittivitet – luft har en dielektrisk permittivitet meget tæt på én, hvorimod materialer med store responser har værdier i tusindvis.

Nu har Hiroya Nishikawa, Koki Sano og Fumito Araoka, alle på RIKEN Center for Emergent Matter Science, udviklet en væske, hvis dielektriske permittivitet kan variere fra 200 til 18.000 på bare et halvt minut, når lyset skinner på den.

Trioen indså dette ved at kombinere to molekyler. Det første molekyle er en flydende krystal, der har to faser:en med lav dielektrisk permittivitet og den anden med en ekstrem høj. Det andet molekyle er lysfølsomt. Når blåt lys skinnede på det kombinerede molekyle, skiftede det fra den lave dielektriske permittivitetsfase til den høje; når grønt lys blev skinnet på væsken, vendte det situationen, hvilket fik den til at vende tilbage til den lave dielektriske permittivitetsfase.

Da en høj dielektrisk permittivitet er vigtig for at skabe kondensatorer, der lagrer meget elektrisk ladning, kan væsken bruges i applikationer, der kræver variable kondensatorer. "Hvis du ville have så høj en kapacitans, skulle du bruge en specialdesignet kondensator," siger Araoka. "Men vi kunne realisere en høj kapacitans ved blot at klemme materialet mellem elektroderne, fordi væsken har så høj en dielektrisk permittivitet."

I deres undersøgelse offentliggjort i Nature Communications , demonstrerede holdet en anvendelse af væsken ved at koble den til en lydgenerator og bruge den til at ændre lydens tonehøjde over et bredt område, når de skinnede lys på væsken.

Mekanismen bag den høje dielektriske permittivitet er et mysterium. "Vi har i øjeblikket ingen idé om, hvordan denne høje dielektriske permittivitet realiseres," siger Araoka. "Så vi vil gerne finde ud af årsagen til det."

Holdet ønsker også at bruge væsken til at skabe fleksible elektroniske enheder. "I den nuværende undersøgelse brugte vi et glassubstrat," siger Nishikawa. "Men vi kan erstatte det med en fleksibel film for at skabe enheder, der kan bæres på huden." + Udforsk yderligere

Undersøgelse viser, at zwitterioner kan hæve dielektricitetskonstanten for bløde materialer