De ‘gekkovoetjes’ gemaakt met lce’s (afb: Wyssinstituut)
Vloeibare kristallen kennen we van tv-schermen. Elastomeren zijn rubberachtige kunststoffen. Combineer die twee en je krijgt vloeibare-kristalelastomeren (lce’s). Die kun je sturen tijdens de synthese, zodat het resulterende materiaal aparte eigenschappen krijgt. Zo zou je een zonnepaneel kunnen maken dat net als een zonnebloem met de zon meedraait, zonder dat je daarvoor een apart mechaniekje hoeft te maken. Dat is maar een van de vele toepassingseigenschappen zeggen onderzoekers van het Amerikaanse Wyss-instituut, onderdeel van de Harvarduniversiteit.
Gekko’s hebben wetenschappers altijd geïntrigeerd: hoe is het mogelijk dat die aan het plafond blijven plakken, zonder dat ze zich vastlijmen? Het blijkt dat die diertjes microscopische haartjes op hun voetzolen hebben, waarmee ze zich kunnen ‘vastgrijpen’ aan elke oneffenheid op de wand of het plafond (genoeg om er niet af te donderen). Er is in het lab geprobeerd dergelijke structuren na te maken met een aantal materialen. Daartoe behoorden ook de lce’s.
Lce’s bestaan uit elastische netwerken waaraan vloeibare kristallen zijn verbonden. Die kristallen geven de richting aan waarin de ketens zich tijdens de synthese (kunnen) ontwikkelen. Tot nu toe was dat maar mogelijk in een of twee dimensies en dat beperkt je mogelijkheden.
Het lijkt er op dat onderzoekers van het Wyssinstituut en de John A. Paulsonschool voor techniek en toegepaste wetenschap (SEAS) nu barrière nu met behulp van magnetisme hebben doorbroken. Ook vormgeving in drie dimensies is daarmee mogelijk. Een soort schilderen met magneetvelden (dus).
“Wezenlijk bij dit project is dat we de moleculaire structuur kunnen sturen door het ‘uitlijnen’ van vloeibare kristallen in een willekeurige richting. Daarmee kunnen we haast elke vorm programmeren in de geometrie van het materiaal zelf”, zegt promovendus Yuxing Yao werkzaam in het lab van Joanna Aizenberg.
De onderzoekers maakten allerlei vormen van lce’s, die van vorm veranderen onder invloed van licht, warmte of vocht afhankelijk van hun chemische en materiaaleigenschappen. Hoe het materiaal van vorm veranderde werd bepaald door de richting van het magneetveld tijdens de synthese. Het materiaal neemt zijn oorspronkelijke vorm weer aan als de ‘prikkel’ tot vervorming wegvalt. Het heeft, zoals dat heet, een vormgeheugen. Ook de gekkovoetzolen stonden op het programma (zie plaatje).
Leuke dingen
Met dat materiaal kun je leuke dingen doen, denken de onderzoekers. Zo kun je er versleutelde berichten mee doorgeven. De boodschap is alleen te lezen als je het materiaal tot een bepaalde temperatuur verwarmt (lijkt me overigens niet erg veilig). Je kunt er ook actuatoren (zeg maar ‘handjes’) van maken voor kleine zachte robots. We hebben het al gehad over de ‘gekkovoetzolen’ die je kunt ‘ontplakken’. Je kunt er ook materiaal mee maken dat mee buigt met een bepaalde ‘prikkel’, zonlicht bijvoorbeeld. Inderdaad, de zonnebloem uit de aanhef. Eigenlijk wordt het aantal toepassingen alleen maar beperkt door je gebrek aan verbeeldingskracht.
Dat zonnebloemidee werkten de onderzoekers verder uit, door ook lichtgevoelige moleculen in de polymere lce-netwerken in te bouwen. Als dat materiaal van een kant belicht wordt dan draait het naar die kant. In de praktijk betekent dat dat het met de lichtbron mee draait. Overigens heb je daar nog geen zonnepanelen mee. Je moet er ook nog materiaal in verwerken die het zonlicht opvangen en omzetten in elektrische energie.
Aizenberg: “We zijn nu bezig met verschillende projecten. We geloven dat deze dynamische structuren, die gebaseerd zijn op biosystemen, een groot aantal toepassingsgebieden zullen hebben.”
Bron:Science Daily