Materiaalinnovatie: Zwitserse onderzoekers ontwikkelen biodisplays
Structurele kleuring. Zegt dit fenomeen je niets? Zwitserse onderzoekers hebben op basis hiervan een nieuw soort materiaal ontwikkeld dat speciale biologisch afbreekbare beeldschermen mogelijk maakt.
Wetenschappers van de Zwitserse Federale Laboratoria voor Materiaalwetenschap en Technologie (Empa) presenteren een innovatie: een biologisch afbreekbaar beeldscherm dat van kleur verandert afhankelijk van uitrekking en temperatuur. Het is elastisch, geleidt elektriciteit en kan 3D-geprint worden. Een potentiële mijlpaal, maar hoe werkt het?
Componenten en hoe het werkt
De onderzoekers gebruiken hydroxypropylcellulose (HPC) als uitgangsmateriaal. Dit wordt onder andere gebruikt als hulpstof in geneesmiddelen, cosmetica en voedingsmiddelen. Het bijzondere eraan is dat wanneer er water aan wordt toegevoegd, er vloeibare kristallen worden gevormd die afhankelijk van hun structuur in allerlei kleuren oplichten. Ze zijn eigenlijk kleurloos of pigmentloos. Er ontstaat een structurele kleuring.
Niet alleen de concentratie van de kristalstructuur, maar ook de temperatuur speelt een rol. De onderzoekers besloten daarom 0,1 massaprocent koolstofnanobuisjes toe te voegen aan het mengsel van HPC en water. Dit maakt de vloeistof elektrisch geleidend. Het maakt het ook mogelijk om de temperatuur en daarmee de kleur van de kristallen te regelen door een elektrische spanning toe te passen. Een kleine extra hoeveelheid cellulose nanovezels maakt het ook mogelijk om het mengsel te 3D-printen. Dit doet geen afbreuk aan de kleuring en geleidbaarheid.
Toepassingsvoorbeelden
"We hebben in ons laboratorium al verschillende elektronische componenten ontwikkeld op basis van cellulose, zoals batterijen en sensoren," zegt Xavier Aeby, een van de onderzoekers. Volgens Empa zijn temperatuur- en vervormingssensoren voor het bewaken van de voedselkwaliteit of voor biomedische diagnostiek concrete voorbeelden van toepassingen voor inkt op basis van cellulose. "Dit is de eerste keer dat we een display op basis van cellulose hebben kunnen ontwikkelen." De toepassingsvoorbeelden werden geproduceerd met behulp van 3D-printen. "Duurzame materialen die 3D-geprint kunnen worden zijn van groot belang, onder andere voor toepassingen in biologisch afbreekbare elektronica en voor het Internet of Things," zegt laboratoriummanager Gustav Nyström.
Er zijn bovendien nog veel onbeantwoorde vragen die opgehelderd moeten worden: de oorsprong van de structurele kleuring, het effect van verschillende additieven of milieu-invloeden op dit fenomeen. Het team van Nyström zal deze thema's blijven onderzoeken om verdere interessante fenomenen en mogelijke toepassingen te ontdekken.
Vergelijkbaar onderzoek
In het verleden had een team van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) al een biologisch afbreekbaar display ontwikkeld. Het bestaat uit een organisch polymeer (PEDOT:PSS), goud en een op gelatine gebaseerde elektrolyt en kan ook van kleur veranderen door er een spanning op te zetten. Het display wordt geproduceerd met een inkjetprinter en vervolgens gecoat met gelatine. Deze verzegeling maakt het zelfklevend en aanpasbaar. Het kan ook direct op de huid op verschillende delen van het lichaam worden gedragen.
De onderzoekers hebben hun bevindingen uitgebreider gepresenteerd in het wetenschappelijke tijdschrift Journal of Materials Chemistry.
Opslag foto: EmpaMijn interesses zijn gevarieerd, ik geniet gewoon graag van het leven. Altijd op zoek naar nieuws over darten, gamen, films en series.
Van de nieuwe iPhone tot de wederopstanding van de mode uit de jaren 80. De redactie categoriseert.
Alles tonen