8 oktober 2019
Sterke en onbreekbare moleculaire schakelaar per toeval gevonden (Video)
Een organisch materiaal dat steeds opnieuw van vorm kan veranderen, zonder dat het breekt, zou handige toepassingen kunnen hebben als kunstmatige spier, pompje of als elektrische schakelaar. Natuurkundigen van de Radboud Universiteit hebben bij toeval een materiaal ontdekt waarbij dit kan. Ze publiceren erover in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Communications op 8 oktober.
‘Ik noem het ook wel de “moleculaire flipperkast”, zegt Theo Rasing, hoogleraar Spectroscopie van vaste stoffen en grensvlakken aan de Radboud Universiteit. Samen met collega’s uit Nijmegen en China demonstreert hij de vormverandering van het materiaal door het een glazen kraal met hoge snelheid weg te laten schieten. Daarbij levert het materiaal, een organisch kristal genaamd 4-DBpFO, een kracht die overeenkomt met tienduizend keer zijn eigen gewicht.
De kristallen hebben de bijzondere eigenschap om sterk van vorm te veranderen bij een kleine temperatuurverandering rond de 180 graden Celsius zonder dat ze daarbij kapotgaan. Zodoende kunnen ze honderden keren opnieuw van vorm veranderen.Toevalstreffer
In de wetenschappelijke wereld is grote behoefte aan kleine bewegende machines gemaakt van organisch materiaal, die onder andere gebruikt kunnen worden als kleine vloeistofpompjes op een zogenaamde ‘lab-on-a-chip’. Bekende toepassingen van labs-on-a-chip zijn bijvoorbeeld het apparaatje waarmee diabetici zelf hun bloedsuikergehalte kunnen meten, of een nanopil die lichaamsfuncties meet. ‘Het probleem met bestaande organische kristallen is dat dergelijke vormveranderingen door bijvoorbeeld temperatuurverschillen het materiaal snel doet breken’, aldus Rasing.
Het materiaal dat de onderzoekers hebben gevonden breekt niet bij herhaaldelijke vormverandering, doordat de moleculen over elkaar heen schuiven. ‘Dat we deze eigenschappen bij dit materiaal ontdekten was eigenlijk een toevalstreffer’, zegt Yulong Duan, promovendus en eerste auteur van de publicatie. ‘We onderzochten deze materialen vooral vanwege hun interessante optische eigenschappen, maar toen we de temperatuur onder de microscoop veranderden, sprong het kristal ineens weg.’
Om verdere stappen te kunnen maken naar mogelijke toepassingen willen de onderzoekers uitzoeken hoe, door middel van aanpassingen in de moleculaire structuur, het effect verschoven kan worden naar lagere temperaturen. Ook willen ze kijken hoe ze het materiaal van vorm kunnen laten veranderen door middel van kleine lichtpulsjes, zodat het materiaal gecontroleerd verwarmd en afgekoeld kan worden.
Lees de publicatie Nature Communications .
