Wetenschap - 9 augustus 2019

Zelfreinigende autoruiten en zonnepanelen komen eraan

tekst:
Albert Sikkema

‘De meeste materialen zijn nu nog statisch, maar de materialen van de toekomst zijn dynamisch’, zegt Wageningse onderzoeker Hanne van der Kooij. Ze leverde kennis voor bewegende laklaagjes die zonnepanelen en autoruiten schoon kunnen houden.

©TU Eindhoven

Nu nog bevatten zonnepanelen een statische coating, waardoor ze vies worden en de glazenwasser de panelen van tijd tot tijd moet reinigen om de opwekking van zonne-energie te garanderen. Van der Kooij werkt aan dunne coatings van vloeibare kristallen die met behulp van elektriciteit van vorm en functie kunnen veranderen. Daarmee kun je de laklaagjes van tijd tot tijd laten trillen zodat vuil en zanddeeltjes van de zonnepanelen afgaan.

Robotvingers
Dit soort materialen die van vorm en functie veranderen, bestaan al, zegt Van der Kooij, promovendus bij Fysische Chemie en Soft Matter. Zo bevat elke smartphone een touchscreen: een dun laagje dat reageert op aanraking, waardoor de gebruiker kan swipen. En de Eindhovense onderzoekers Dirk Broer en Danqing Liu werken aan flinterdunne coatings op glas die bijvoorbeeld ramen schoon houden en aan coatings op robots waardoor hun vingers harder en zachter kunnen worden, zodat ze zowel een baksteen als framboos kunnen oppakken.

Kristallen
Vloeibare kristallen zijn het geheim van deze dunne flexibele laklaagjes. De meeste televisies hebben al zo’n liquid crystal display (LCD) ofwel vloeibaar kristalscherm, maar Van der Kooij verwacht dat ze in veel meer coatings worden verwerkt. ‘In ons onderzoek zitten de vloeibare kristallen vast in een dun hard laagje, maar als je er stroom doorheen leidt, gaan de kristallen trillen en draaien en wordt het laklaagje zacht en beweeglijk.’ Niet bij gewone wisselstroom uit het stopcontact, maar bij hoogfrequente wisselstroom, ontdekten de Eindhovense onderzoekers.

Laser
Maar hun techniek om dynamische coatings te maken, is nog erg duur en kost veel energie, omdat de onderzoekers de precieze wisselwerking tussen stroom en materiaalvervorming nog niet volledig snappen. Daarom klopten ze aan bij de onderzoeksgroep van Joris Sprakel in Wageningen, want die heeft laserapparatuur die deze wisselwerking heel nauwkeurig kan meten. Van der Kooij: ‘Wij hebben een methode ontwikkeld die met zeer hoge gevoeligheid meet hoe het materiaal vervormt onder invloed van elektriciteit. We hebben dingen ontdekt die nog nooit eerder gezien zijn.’ Dat leidde deze week tot een artikel in het tijdschrift Nature Communications.

Samenwerken
Van der Kooij ontdekte met behulp van laserlicht dat er drie stadia zijn tussen de stroomtoevoer en de vervorming van het materiaal. In de eerste fase gaan de vloeibare kristallen onder invloed van de elektriciteit heel snel trillen, onafhankelijk van elkaar. In de tweede fase gaan de kristallen synchroon trillen; ze gaan als het ware samenwerken als collectief. Daarmee maken ze het laklaagje zacht. En in de derde fase kan de coating hierdoor vervormen. De eerste processen gebeuren op nanoschaal in een split second.

Goedkoper
Met deze basiskennis kunnen de onderzoekers in Eindhoven de wisselwerking tussen stroom en vloeibare kristallen nu finetunen, zodat er meer elektriciteit wordt omgezet in bewegingsenergie. ‘Hierdoor wordt het proces efficiënter en worden de dynamische coatings goedkoper en energiezuiniger.’

Toepassing van de techniek zit al in de pijplijn. De TU Eindhoven werkt samen met proeffabrieken in China waar deze dynamische coatings al op grotere schaal worden gemaakt, aldus Van der Kooij.


Re:ageer