Stichting FOM
18 oktober 2011, 2011/48
Ultradunne piëzo-elektrische materialen winnen verloren energie
Het lijkt een gat in de markt: energie efficiënter gebruiken door een
groter deel te gebruiken. Piëzo-elektrische materialen kunnen dat door
trillingsenergie van bijvoorbeeld auto's en industriële machines te
oogsten. Maar voordat dit in de praktijk ook goed gaat werken, moeten
deze materialen lichter, dunner en minder giftig gemaakt worden. Een
belangrijke stap hiertoe is nu gezet door een team van onderzoekers
onder leiding van FOM-projectleider prof.dr. Beatriz Noheda
(Rijksuniversiteit Groningen) in samenwerking met collega's uit Twente,
Frankrijk en Spanje. Zij publiceren hun resultaten deze week in het
toonaangevende tijdschrift Nature Materials.
Piëzo
Piëzo-elektrische materialen kunnen mechanische energie omzetten in
elektrische energie en andersom. Hierdoor kennen ze toepassingen in
vele gebruiksvoorwerpen, van gasaanstekers tot inkjetprinters en van
echografie tot trillingsdempers. Maar er is een grotere rol voor deze
bijzondere materialen weggelegd: zij zijn in staat om energie die nu
verloren gaat, nuttig te gebruiken. Zo kunnen piëzo-elektrische
materialen verloren energie van auto's en industriële machines oogsten.
De huidige piëzo-elektrische materialen zijn echter zwaar en giftig en
daardoor niet geschikt voor grootschalige toepassingen zoals gebruik in
wegen, rails en wasmachines.
Flexo-elektriciteit
De onderzoekers toonden aan dat ultradunne films met een dikte van
ongeveer honderd atomaire lagen van de piëzo-elektrische materialen
zichzelf periodiek kunnen organiseren op de nanometerschaal. De dunne
film kan zich samentrekken en uitrekken in een regelmatig patroon. Dit
zorgt voor enorme drukgradiënten en daardoor grote verschillen in de
afstanden tussen de atomen. Deze drukgradiënten produceren een
scheiding van ladingen, de zogenaamde flexo-elektriciteit, die het
piëzo-elektrische effect (een scheiding van ladingen door externe
vervormingen van het materiaal) aanzienlijk versterkt in dunne lagen.
Deze nieuwe manier van produceren van piëzo-elektriciteit is minder
afhankelijk van de chemische samenstelling van het piëzomateriaal dan
huidige technieken en kan daarom leiden tot niet giftige, lichtere en
goedkopere en beter verkrijgbare materialen, zodat die overal inzetbaar
worden voor energiewinning.
Prof.dr. Beatriz Noheda is adjunct-hoogleraar Functional Nanomaterials
en Rosalind Franklin Fellow. In 2004 ontving zij een Vidi-beurs van
NWO.
Meer informatie
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met prof.dr. Beatriz
Nohedab.noheda@rug.nl, (050) 363 45 65.
Referentie
Flexoelectric rotation of polarization in ferroelectric thin films, G.
Catalan, A. Lubk, A. H. G. Vlooswijk, E. Snoeck, C. Magen, A. Janssens,
G. Rispens, G. Rijnders, D. H. A. Blank en B. Noheda. Nature Materials.
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/NMAT3141(linken)