Forskare vid Laboratory of Organic Electronics, Linköpings universitet, har upptäckt ett material som både kan öka och minska sin volym när det utsätts för en svag elektrisk puls. I en svamp, eller filter, forskarna kan kontrollera storleken på partiklar som passerar igenom.

Material, såsom fasta ämnen och geler, som ändrar volym beroende på temperatur eller pH har länge varit tillgängliga. Sådana material används i styrenheter (ett exempel är fönster i växthus som automatiskt öppnas och stänger beroende på temperaturen). De används också i robotar och i andra elektromekaniska system och i tillämpningar inom biomedicin. En egenskap som forskare har, dock, länge sökt är förändringen av ett material från en fast form till ett geltillstånd med hjälp av en elektrisk signal. Det är särskilt önskvärt att sådan elektronisk styrning av fasövergången är reversibel. Målet är att kunna styra volymen med elektriska medel. Detta är möjligt i nuvarande material, men forskare har bara kunnat uppnå högst en fördubbling av volymen.

Forskare vid Laboratory of Organic Electronics, Campus Norrköping, har nu upptäckt ett nytt material, en ledande polymer, som kan öka volymen med en faktor på mer än 100. Materialet syntetiserades i samarbete med forskare från Imperial College i London. Förändringen sker när materialet placeras i en elektrolyt och utsätts för en svag elektrisk spänning på +0,8 V. Om en negativ spänning, -0,8 V, tillämpas istället, de materiella avtalen, nästan hela vägen tillbaka till sin ursprungliga volym.

Detta är en betydligt större volymförändring än de som tidigare rapporterats, inte bara i ledande polymerer utan även i andra material som styrs av en elektrisk signal.

Experiment utförda av Johannes Gladisch och Eleni Stavrinidou har inneburit att den ledande polymeren placerats som en film med en tjocklek på några mikrometer runt en elektriskt ledande kolfiber (visas i videon som länkas här). När elektriska pulser med magnituder på +0,5 V eller +0,8 V appliceras, materialet ändrar sin inre struktur, absorberar sedan vatten och omvandlas slutligen till en gel som expanderar till 14 eller 120 gånger den ursprungliga volymen. När pulser av magnituden +/- 0,5 V appliceras upprepade gånger, materialet expanderar med cirka 300 %, eller till tre gånger, med hänsyn till dess tidigare avtalade stat. Förändringen i volym är reversibel.

Forskarna beskriver också en tillämpning i artikeln, publiceras i Avancerad vetenskap . Detta är en smart svamp, eller filter, där de kan styra expansionen elektroniskt, och på så sätt ändra porstorleken med 85%.

"Vi kan kontrollera porstorleken på ett filter elektroniskt, och potentiellt aktivt kontrollera storleken på partiklar som passerar igenom. Detta innebär att egenskaperna hos detta smarta filter kan ändras dynamiskt för att låta olika typer eller olika storlekar av partiklar passera igenom. Denna funktion kan användas för siktning, filtrering, rening, och i processkemi. Det kan också ha tillämpningar inom medicin och biokemi", säger Magnus Berggren, professor i organisk elektronik och chef för Laboratory of Organic Electronics.