Hem

En elektrisk puls ökar materialets volym 100 gånger

29 oktober 2019

Monica Westman Svenselius

Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik har tagit fram ett material som både kan öka och minska sin volym när det utsätts för en svag elektrisk puls. I en svamp eller ett filter kan forskarna styra hur stora partiklar som släpps igenom.

Johannes Gladisch
Johannes Gladisch visar hur den ledande polymeren övergår från fast fas till en gel.  THOR BALKHED
Material som ändrar sin volym beroende på temperaturen eller pH-värde har funnits länge. Materialen används i ställdon - fönster i växthus som automatiskt öppnas och stängs beroende på temperaturen är ett exempel - de används i robotar och i andra elektromekaniska system liksom inom biomedicinen. En egenskap forskarna dock länge har sökt är att med hjälp av en elektrisk signal kunna omvandla ett material från en fast form till en gel, och gärna tillbaka igen. Målet är att elektriskt kunna kontrollera volymen, något som forskare har lyckats med tidigare, men hittills har volymen som mest kunnat dubblas.

Nytt material

Forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik, Campus Norrköping, har nu upptäckt ett nytt material, en ledande polymer, som kan öka sin volym mer än 100 gånger. Materialet har de tagit fram i samarbete med forskare vid Imperial College i London. Förändringen i volym sker när materialet befinner sig i en elektrolyt och samtidigt utsätts för en elektrisk signal på låga + 0,8 V. Får materialet istället en negativ puls, - 0,8 V, drar det ihop sig igen, nästan hela vägen till sin ursprungliga form. 

Detta är en betydligt större volymförändring än de som rapporterats tidigare, såväl i ledande polymerer som i andra material där en elektrisk signal styr förändringen i volym.

Materialet som både ökar och minskar sin volym när det utsätts för en svag elektrisk puls Foto THOR BALKHEDI experiment utförda av Johannes Gladisch och Eleni Stavrinidou, forskare vid Linköpings universitet, har den ledande polymeren lagts som en mikrometertunn film runt en elektriskt ledande kolfiber (se videon). Vid strömpulser på +0,5 V och +0,8 V ändrar materialet struktur, det tar upp vatten och blir till en gel som sväller 14 respektive 120 gånger den ursprungliga volymen. Vid återkommande pulser på +/- 0,5 V sväller materialet ungefär 300 procent, tre gånger sin egen volym, för att sedan gå tillbaka igen, gång på gång.

Elektroniskt styrda porer

I artikeln, som publicerats i Advanced Science, beskriver forskarna också en applikation, en smart svamp eller ett filter, där de elektroniskt kan kontrollera svällningen, och därmed förändra porstorleken med 85 procent.

– Vi kan elektroniskt styra porstorleken i ett filter och aktivt kontrollera hur stora partiklar som kan släppas igenom. Filtrets egenskaper kan ändras dynamiskt och släppa igenom olika typer eller olika storlekar av partiklar. Det är en funktion som kan komma till användning vid siktning, filtrering, rening eller inom processkemin. Applikationer inom medicin och biokemi kan också vara möjliga, säger Magnus Berggren, professor i organisk elektronik och föreståndare för Laboratoriet för organisk elektronik.

Reversible Electronic Solid-Gel Switching of a Conjugated Polymer,
Johannes Gladisch, Eleni Stavrinidou, Sarbani Ghosh, Alexander Giovannitti, Maximilian Moser, Igor Zozoulenko, Iain McCulloch and Magnus Berggren. Advanced Science, 2019,
DOI 10.1002/advs.201901144

Eleni Stavrinidou, Johannes Gladisch och Magnus Berggren Foto Fotomontage: THOR BALKHED

Forskningen har finansierats av Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Wallenberg Wood Science Center, Vetenskapsrådet samt den strategiska satsningen på Avancerade Funktionella Material, AFM, vid LiU.

Kontakt

Fotografi av Eleni Stavrinidou

Eleni Stavrinidou

Biträdande professor, Enhetschef
Fotografi av Magnus Berggren

Magnus Berggren

Professor

Nyheter från LOE

Jontronisk pump i tunna blodkärl.

Effektivare cancerbehandling med jontronisk pump

När låga doser av cancerläkemedel tillförs kontinuerligt nära elakartade hjärntumörer med så kallad jontronik minskar cancercelltillväxten drastiskt. Det har forskare vid LiU och det Medicinska universitetet i Graz visat.
Glasskiva med droppe belyst underifrån.

Nästa generations hållbara elektronik dopas med luft

Forskare vid LiU har utvecklat en ny metod där organiska halvledare kan bli mer ledande med hjälp av luft som störämne. Enligt forskarna är det ett stort steg mot framtidens billiga och hållbara organiska halvledare.
Knappbatteri på finger.

Miljövänligt och billigt batteri för låginkomstländer

Ett batteri gjort av zink och lignin som kan användas över 8000 gånger. Det har forskare vid LiU utvecklat med visionen att det billiga och hållbara batteriet ska kunna användas i länder där tillgången på elektricitet är begränsad.

LOE

Elektronisk röd ros.

Laboratoriet för Organisk Elektronik

Vid Laboratoriet för organisk elektronik, LOE, forskar och utvecklar vi komponenter och system som utnyttjar elektroniska och optiska funktioner i organiska molekyler och plaster.

Senaste nytt från LiU

Närbild på små bitar av lever i en petriskål.

Levern kan förutspå spridning av cancer i bukspottskörteln

Mikroskopiska förändringar i levern kan användas till att förutse hur bukspottkörtelcancer kommer att sprida sig. Upptäckten kan bidra till nya sätt att förutsäga sjukdomsförloppet och förebygga spridning till andra organ.
Kvinna i trappa.

Den otekniska flickan är en myt

Flickor i årskurs 3 är fulla av självförtroende och intresse för teknik. Ett par år senare har de tappat allt. I sin doktorsavhandling vid Linköpings universitet undersöker Ulrika Sultan orsakerna.
Kvinna står på väg med korsade armar.

Hon vill få robotar att uppföra sig bättre

Forskaren Hannah Pelikan tror att vi kommer att få se ökade konflikter mellan människor och robotar i framtiden. I sin forskning filmar hon vardagliga möten mellan människa och maskin för att se vad som händer.

Taggar