ÌÇĐÄֱȄ

29 oktober 2019

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 Fotograf: THOR BALKHED
Johannes Gladisch visar hur den ledande polymeren övergår från fast fas till en gel. 
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

Nyheter från LOE

En kvinna i vit skjorta och blÄ handskar som hÄller i ett rör med en grön vÀtska i.

Växtceller ska bli byggstenar i nya material

LiU-forskaren Eleni Stavrinidou får 26 miljoner kronor från KAW för ett forskningsprojekt där starka och flexibla material ska odlas från växtceller. Materialen ska kunna användas för hållbara teknologier inom byggande, textilier och medicin.

NÄgra personer som befinner sig i ett rum.

ÌÇĐÄֱȄ-miljoner till två LiU-forskare för framtidens energilösningar

LiU-forskarna Nara Kim och Catherine Aitchison, båda vid Laboratoriet för organisk elektronik, har i hård konkurrens tilldelats varsitt ÌÇĐÄֱȄ Starting Grant på cirka 18 miljoner kronor över fem år.

En kvinna i labbrock och blÄ handskar som hÄller i ett bÀgarglas med en vÀtska i.

Fler kvinnor ska leda framtidens forskning

Många kvinnor påbörjar en forskarkarriär inom teknik och naturvetenskap, men betydligt färre går vidare till att leda egna forskargrupper. För att stödja fler kvinnor på vägen mot forskningsledande roller startar LiU satsningen Women in Science.

LOE

Senaste nytt från LiU

En man som stÄr framför ett fönster och hÄller i ett blÄtt paraply.

En fältfilosof i en ny värld

Professor Adam Briggle lämnade en etablerad akademisk karriär i Texas för ett nytt kapitel. Lockad av LiU:s filosofiska forskningsmiljö och en större akademisk frihet utforskar han nya perspektiv på AI, en av vår tids mest angelägna etiska frågor.

MÀn i laboratoriemiljö.

Grafenoxid hjälper linfibrer att stå emot vatten

Att ersätta glasfiber med linfiber skulle kunna minska klimatavtrycket från produkter som båtar. Men naturfibrer är mycket känsliga för vatten och fukt. LiU-studier visar att beläggning med grafenoxid kan minska vattenupptaget.

En nÀrbild av en fluga pÄ en vit yta.

Sociologiska metoder ska ge nya perspektiv på flugans hjärna

Hur hänger nervcellerna i en bananflugas hjärna samman? Det ska Carl Nordlund vid ÌÇĐÄֱȄs universitet undersöka med kunskap och verktyg från sin forskning om sociala nätverk.