Vent, rynker kan lage strøm?

Jeg må fortelle deg om noe som nettopp fikk meg til å sitte langt nede i stolen, og jeg har skrevet om vitenskap i år.

Forskere ved Rice University lekte med grafén — du vet, det supermaterialet som består av bare ett lag med karbonatomer — da de la merke til noe rart. De små rynkene som naturlig dannes i dette ultrasvette materialet gjorde noe utrolig: De laget elektriske effekter.

Ikke gjennom kjemikalier. Ikke gjennom tilsatte stoffer. Bare gjennom formen sin.

Tenk på det. Vi snakker ikke om en avansert produksjonsprosess eller eksotiske tilsetninger. Vi snakker om rynker. Den typen du vanligvis prøver å glatte ut.

"Linjalen" som fikk det til å gi mening

En av forskerne, Sathvik Ajay Iyengar, sammenlignet effekten med å bøye en fleksibel linjal — bare at selve bøyen er klemt inn i et rom mindre enn en milliarddels meter. På den skalaen skjer det noe merkelig: Elektronene i grafénet flytter seg litt mot én side, og skaper to motsatte elektriske "sider" som endene på et lite batteri.

Dette kalles flexoelektrisitet, og ærlig talt fortjener ikke navnet rettferdighet. Det høres kjedelig ut, men det betyr at når du bøyer visse materialer på riktig måte, dukker det bare opp elektrisitet.

Hvorfor dette er skikkelig stort

Her blir ting spennende for fremtidens teknologi.

Vanligvis, hvis forskere ville endre hvordan et materiale oppfører seg elektrisk, måtte de:

• Tilsette kjemikalier
• Kombinere det med andre materialer
• Dope det med ulike grunnstoffer

Alt det der er komplisert, dyrt og noen ganger miljømessig problematisk. Men denne nye forskningen antyder at vi kanskje kan justere elektriske egenskaper bare ved å endre et materials form.

Det er en helt annen tilnærming. Og ærlig? Det føles som vi bare har begynt å utforske hva som er mulig.

Forskerne fant noe spesielt interessant: skarphet betyr mye mer enn størrelse. En veldig skarp, liten rynke produserte faktisk sterkere elektriske effekter enn en større, slakere en. Teamet målte polarisasjon (det er separasjonen av positive og negative ladninger) som var mellom 100 000 og 10 millioner ganger sterkere enn det vi ser i større flexoelektriske systemer.

La meg sette det i perspektiv: Hvis vi på en eller annen måte kunne skalere dette opp — og det er et stort "hvis" — snakker vi om en nesten utrolig kraftig effekt fra noe så lite at du ikke engang kan se det.

Den kule bakhistorien

Det er noe jeg elsker med denne historien: Den teoretiske prediksjonen for denne effekten ble fremsatt helt tilbake i 2008 av fysikeren Vincent Meunier.

Den gang var det praktisk talt umulig å faktisk måle en så liten effekt. Rynkene det er snakk om er bare noen atomer brede. Prøv å måle de elektriske egenskapene til noe så lite. Jeg venter.

Men år senere satt Iyengar og gikk gjennom gamle data han hadde samlet sammen med kollega Manoj Tripathi da han la merke til noe uvanlig: De merkelige elektriske signalene dukket opp akkurat der de skarpeste rynkene var.

Han delte dataene med Meunier — som hadde vært medveileder for hans doktorgradsarbeit — og plutselig falt brikkene på plass. Her var eksperimentelt bevis for en idé som hadde versert i nesten to tiår.

«Da Sathvik viste meg målingene, skjønte vi at de usedvanlige signalene kunne gi en eksperimentell kobling til en idé vi hadde spådd mange år tidligere,» sa Meunier.

Så kult er ikke det? En gammel prediksjon som endelig får sin stund i rampelyset.

Hva kan dette føre til?

Forskerne er forsiktige med å overdrive — og det setter jeg pris på — men de potensielle anvendelsene er genuint spennende:

• Mer følsomme sensorer: Hvis du kan generere elektriske signaler fra fysiske endringer på nanoskala, kan du oppdage utrolig subtile bevegelser eller krefter.
• Ekstremt tynne elektroniske enheter: Tenk deg elektronikk som ikke trenger store batterier eller komplisert kretsløp — kanskje selve strukturen gjør noe av arbeidet.
• Nye måter å kontrollere elektrisitet i materialer på: Istedenfor kjemiske modifikasjoner kan formbasert justering tilby mer presis kontroll.

Situaet fra Pulickel Ajayan fanger virkelig ånden i denne oppdagelsen: «Arbeidet vårt viser at selv en vanlig rynke kan bli en ekstraordinær elektronisk egenskap når man ser den på atomskala.»

Min mening

Jeg elsker historier som dette fordi de minner oss på at vi stadig oppdager grunnleggende ting om materialer vi trodde vi forstod.

Grafén har blitt hyllet som et supermateriale i over et tiår nå, og vi har funnet tonnevis av utrolige ting med det. Men her er greia — mesteparten av den forskningen har fokusert på den flate, feilfrie formen. Dette nye arbeidet antyder at uregelmessighetene — rynkene, foldene, de naturlige variasjonene — kanskje er like viktige, kanskje til og med viktigere.

Det er noe poetisk tilfredsstillende med det, ikke sant? Ideen om at i en verden besatt av perfeksjon og glatthet, så er det kanskje i rynkene den virkelige magien skjer.

Vi får se hvilke praktiske anvendelser som kommer ut av denne forskningen. Men personlig? Jeg gleder meg til å se hvor dette bærer. Ideen om at vi kanskje en dag kan «designe» materialer ikke gjennom kjemi, men gjennom geometri, føles som vi bare skraper i overflaten av hva som er mulig.

Kilde: ScienceDaily