Pieter Edelman
18 September 2009

Researchers van de Kent State University hebben een rubberachtig materiaal gemaakt dat mechanische energie omzet in elektrische. Daarvoor fixeren ze vloeibare kristallen in een matrix van een vloeibare-kristalelastomeer, schrijven ze in het Journal of Materials Chemistry. Dit kan een alternatief bieden voor bestaande piëzomaterialen, die keramisch zijn en daardoor relatief broos en zwaar.

Dat vloeibare kristallen elektrisch gepolariseerd raken als reactie op mechanische vervorming, is al bijna veertig jaar bekend. Dit verschijnsel treedt op in de nematische fase, waarin de moleculen willekeurig verspreid maar gelijk gericht zijn. Als de vervorming dezelfde richting heeft als de molecuuloriëntatie, treedt er een kleine polarisatie op. Een vrij recente ontdekking wekte echter pas de interesse om dit effect praktisch te benutten: vloeibare-kristalmoleculen met een knik in het midden. Het mechano-elektrische effect bij deze ’banaanvormige‘ moleculen is aanzienlijk groter dan bij de traditionele, staafvormige moleculen.

De vloeibare kristallen zijn echter niet robuust genoeg voor gebruik in bijvoorbeeld energy harvesting-toepassingen. Om dat op te lossen, hebben de Kent-researchers deze moleculen ingebed in een vloeibaar-kristalelastomeer, een materiaal dat zich gelijktijdig rubberachtig en als vloeibaar kristal gedraagt. Dat komt doordat het materiaal uit lange flexibele polymeren bestaat met zijgroepen die net als in een vloeibaar kristal dezelfde richting op wijzen. Door de banaankristallen simpelweg in het juiste oplosmiddel bij het elastomeer te voegen, koppelen ze als zijgroepen aan de polymeerketens. Daardoor ontstaat stabiele films die bij kamertemperatuur een mechano-elektrisch effect vertonen.

Volgens de onderzoekers kan dit werk leiden tot goedkope materialen die mechanische beweging in een bescheiden elektrisch stroompje omzetten. Verdere ontwikkeling zal nog wel enkele jaren duren.

BCe24 save the date