Nieuws

3, 2, 1... Actuator!

Natuurkundigen ontdekten een organisch kristal, 4-DBpFO, dat sterk en snel van vorm verandert, niet kapot gaat en je daarom als microactuator zou kunnen gebruiken, zo valt te lezen in Nature communications.

Yulong Duan, Theo Rasing en collega’s van het Institute for Molecules and Materials aan de Radboud Universiteit (RU) Nijmegen onderzochten het kristal in eerste instantie vanwege de optische eigenschappen, vertellen ze in het persbericht van de RU. Maar bij temperatuursverhoging schoot het onder de microscoop vandaan. Ze besloten toen om 2,7-di([1,1′-biphenyl]-4-yl)-fluorenon, kortweg 4-DBpFO, verder te bestuderen.

De onderzoekers vonden dat dit thermosalient materiaal bijzondere eigenschappen heeft. Bij temperatuursverandering ondergaan de moleculen in het kristal een kleine conformationele wijziging die ervoor zorgt dat het gehele kristal van vorm verandert. De andere categorieën van dit soort materialen verschillen in samenstelling: de ene heeft platte rigide moleculen, een andere juist sterke onderlinge waterstofbruggen – beiden in lagen met maar weinig interactie – en een derde heeft grote flexibele moleculen met gehinderde rotaties. Het Nijmeegse kristal is dus van een andere klasse.

Het 4-DBpFO kent twee fases. Enerzijds de α-fase die bij kamertemperatuur zo goed als vierkant is en anderzijds de β-fase die zich bij hogere temperaturen vormt (180 – 189 °C) en meer weg heeft van een parallellogram. De vormverandering kun je beschrijven als een verschuiving in het (010)-vlak parallel aan het <101>-vlak en het <10-1>-vlak. De kristalhoeken gaan in dit proces van 91° en 89° (α) naar 77° en 103° (β).

Het bijzondere aan 4-DBpFO is dat het na meer dan honderd faseveranderingen geen zichtbare schade oploopt, terwijl de meeste organische kristallen veel eerder zouden afbreken. Ook gaat de faseverandering redelijk abrupt: leg je het op z’n zijkant, dan springt ie weg. Om praktische toepassingen te laten zien, zetten de onderzoekers een 4-DBpFO-kristal (200 x 200 x 50 µm) vast op een drager met daartegenaan een glazen kraaltje van 0,15 mg. Bij het verhitten en uitzetten van het kristal schoot het balletje weg met een snelheid van 29 mm/s. Had het kristal op z’n zijkant gestaan, dan had diezelfde kracht het waarschijnlijk 3 mm hoog laten springen, wat neerkomt op vijftien keer z’n lengte. Zie ook de filmpjes uit de Supplementary Information.

Deze eigenschappen zorgen ervoor dat je het kristal als microactuator zou kunnen toepassen, bijvoorbeeld in een kunstmatige spier of elektrische schakelaar. De volgende stap is om dit kristal als basis te gebruiken voor nieuwe materialen die bij lagere temperaturen of door lichtpulsjes van vorm veranderen.

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Wordt abonnee/lid

Logo KNCV

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!