Nieuw polymeer beweegt zelfstandig onder invloed van violette licht

Een nieuw soort polymeer is in staat zich onder invloed van violette licht zelfstandig voort te bewegen. Het materiaal is ontwikkeld door wetenschappers van zowel de TU Eindhoven als Amerikaanse Kent State University en kan onder invloed van licht een continue golfbeweging creëren, waardoor het materiaal zich zelfstandig kan voortbewegen.

Dit melden de onderzoekers in een artikel in het wetenschappelijke tijdschrift Nature, dat op 29 juni is gepubliceerd. Het nieuwe type polymeer is door de onderzoekers in een klein rechthoekig frame geklemd. Zodra het materiaal wordt belicht, gaat het polymeer inclusief frame ‘aan de wandel’. De onderzoekers stellen hiermee het eerste ‘wandelmachientje’ te hebben ontwikkeld dat violette licht direct omzet in voortbeweging en wordt aangedreven door één vaste lichtbron. 

Krimpen en uitzetten onder invloed van licht

Het nieuwe polymeer reageert sterk onder invloed van violette licht. Zodra het materiaal wordt belicht krimpt de ene zijde van het materiaal, terwijl de andere zijde juist uitzet. Hierdoor ontstaat bij belichting een bolling, die verdwijnt zodra het licht wordt verwijderd. Het polymeer lijkt op het eerste oog weliswaar transparant, maar absorbeert het violette licht nagenoeg volledig. Dit betekent dat achter het materiaal een schaduw ontstaat. 

Met behulp van dit ‘zelf-schaduwende’ effect hebben de onderzoekers een continue golfbeweging weten te creëren. Een strook polymeer is hiervoor in een rechthoekig frame geplaatst dat korter is dan de strook polymeer, waardoor het materiaal standaard bol staat. Zodra geconcentreerd led-licht schuin van voren op het materiaal wordt geschenen, bolt het belichtte deel van het polymeer naar beneden. Hierdoor ontstaat een kuil in de strook, wat ervoor zorgt dat een ander stuk van het materiaal in het licht komt te liggen. Dit zorgt ervoor dat het proces zich herhaalt, de kuil zich naar achteren blijft verplaatsen en een continue golfbeweging ontstaat. 

Van het licht ‘weglopen’

Door deze continue golfbeweging ‘loopt’ het materiaal weg van het licht. Zodra het materiaal wordt omgedraaid en dus de andere kant van het materiaal boven ligt, beweegt de golfbeweging in de andere richting en loopt de ‘wandelmachine’ dus juist naar het licht toe. In de onderstaande video wordt de werking van het materiaal gedemonstreerd. 

Het door de onderzoekers gebruikte polymeer is gebaseerd op vloeibaar kristal, in het Engels ‘liquid crystals’ genoemd. Dit is een materiaal dat bekend is van LCD-schermen (liquid crystal displays). Door een snel-reagerende en lichtgevoelige variant van dit materiaal in een vloeibaar kristalpolymeer te verwerken hebben de onderzoekers een materiaal gecreëerd dat direct vervormt zodra het wordt blootgesteld aan violette licht en direct terugbuigt zodra dit licht is verdwenen.

Samenwerking

Het materiaal is gecreëerd door onderzoekers van de TU Eindhoven in samenwerking met onderzoekers van de Amerikaanse Kent State University. Het empirische onderzoek naar het materiaal vond plaats in Eindhoven, terwijl de Kent State University het theoretische model heeft ontwikkeld. Het onderzoek is onder andere mogelijk gemaakt door subsidies van de Nederlandse onderzoeksfinancier NWO en van de European Research Council. 

Auteur: Wouter Hoeffnagel
Bron: TU Eindhoven
Bron: Kent State University
Foto door: Bart van Overbeeke