Forskare vid University of Twentes MESA+ forskningsinstitut, tillsammans med forskare från flera andra kunskapsinstitutioner, har utvecklat ett "flexoelektriskt" nanomaterial. Materialet har inbyggd mekanisk spänning som ändrar form när du lägger på elektrisk spänning, eller som genererar elektricitet om du ändrar dess form.

I en artikel publicerad i den ledande vetenskapliga tidskriften Naturens nanoteknik , forskarna visar också att ju tunnare du gör materialet, desto starkare blir denna flexoelektriska effekt. Professor Guus Rijnders, som var inblandad i forskningen, beskriver detta som ett helt nytt kunskapsområde med en del intressanta tillämpningar. Du kan använda materialet för att ladda en pacemaker inuti människokroppen, till exempel, eller att göra mycket känsliga sensorer.

Piezoelektriska material används i stor utsträckning i elektroniska applikationer. I specifika termer, dessa är kristallina material som kan omvandla elektrisk kraft till tryck och vice versa. Nackdelen med dessa material är att de innehåller bly – vilket har miljö- och hälsorisker – och att den piezoelektriska effekten minskar när man gör materialet tunnare.

Ju tunnare material, desto starkare effekt

Ända sedan 1960-talet har fysiker hävdat att den flexoelektriska effekten kunde existera. Detta skulle göra det möjligt för icke-piezoelektriska material att ges piezoelektriska egenskaper. Vid den tiden, dock, tillverkningsmetoderna var otillräckliga för framställning av sådana material. Nu, forskare från University of Twente, Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology och Cornell University har lyckats utveckla ett flexo-elektriskt nanosystem bara 70 nanometer tjockt. Det visar sig att även om den flexoelektriska effekten är mycket svag, ju tunnare du gör materialet, desto starkare blir effekten.

Ultrakänsliga sensorer

Enligt professor Guus Rijnders, som var inblandad i forskningen, det kommer så småningom att vara möjligt att skapa flexoelektriska material med en tjocklek på bara några atomlager. Denna upptäckt kan ha alla möjliga intressanta tillämpningar. "Du kan göra sensorer som kan detektera en enda molekyl, till exempel. En molekyl skulle landa på en vibrerande sensor, gör det bara bråkdel tyngre, saktar ner vibrationen något. Frekvensminskningen kunde då lätt mätas med hjälp av den flexoelektriska effekten.' Förutom ultrakänsliga sensorer, flexoelektriska material kan också vara användbara i applikationer som kräver en begränsad mängd ström, men som är svåra att nå, såsom i pacemakers eller cochleaimplantat inuti människokroppen.