Tre RIKEN-forskare har skapat en vätska vars svar på ett elektriskt fält kan ställas in över det största intervallet av något känt material. Vätskan kan användas i olika applikationer inklusive bärbar elektronik.

Hur material reagerar på ett elektriskt fält varierar kraftigt. Vissa keramik, plast och glas visar stora svar eftersom de är gjorda av polära molekyler, som har positiva och negativa delar. När ett elektriskt fält appliceras kommer molekylerna i linje med det elektriska fältet. Däremot har ett elektriskt fält mycket liten effekt på material som har opolära molekyler som luft och de flesta organiska material.

Denna respons mäts med ett tal som kallas dielektrisk permittivitet – luft har en dielektrisk permittivitet mycket nära ett, medan material med stora svar har värden i tusental.

Nu har Hiroya Nishikawa, Koki Sano och Fumito Araoka, alla vid RIKEN Center for Emergent Matter Science, utvecklat en vätska vars dielektriska permittivitet kan variera från 200 till 18 000 på bara en halv minut när ljus lyser på den.

Trion insåg detta genom att kombinera två molekyler. Den första molekylen är en flytande kristall som har två faser:en med låg dielektrisk permittivitet och den andra med extremt hög. Den andra molekylen är ljuskänslig. När blått ljus lyste på den kombinerade molekylen växlade den från fasen med låg dielektrisk permittivitet till den höga; när grönt ljus lyste på vätskan vände det situationen, vilket fick den att återgå till fasen med låg dielektrisk permittivitet.

Eftersom en hög dielektrisk permittivitet är viktig för att skapa kondensatorer som lagrar mycket elektrisk laddning, kan vätskan användas i applikationer som kräver variabla kondensatorer. "Om du ville få en så hög kapacitans skulle du behöva en specialdesignad kondensator", säger Araoka. "Men vi skulle kunna realisera en hög kapacitans genom att bara lägga materialet mellan elektroderna eftersom vätskan har en så hög dielektrisk permittivitet."

I deras studie publicerad i Nature Communications , demonstrerade teamet en tillämpning av vätskan genom att koppla den till en ljudgenerator och använda den för att ändra ljudets tonhöjd över ett brett spektrum när de lyste på vätskan.

Mekanismen bakom den höga dielektriska permittiviteten är ett mysterium. "Vi har för närvarande ingen aning om hur denna höga dielektriska permittivitet realiseras", säger Araoka. "Så vi skulle vilja ta reda på orsaken till det."

Teamet vill också använda vätskan för att skapa flexibla elektroniska enheter. "I den aktuella studien använde vi ett glassubstrat", säger Nishikawa. "Men vi kan ersätta den med en flexibel film för att skapa enheter som kan bäras på huden." + Utforska vidare

Studie visar att zwitterjoner kan höja dielektricitetskonstanten för mjuka material