23/05/2016
Door Ad Spijkers
Siliconen zijn zo zacht dat ze wijken na aanraking met een vingertop. Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) hebben uit deze materialen sensoren gemaakt waarmee apparaten traploos kunnen worden bediend.
Het multifunctionele stuur is in veel auto’s inmiddels standaard. De automobilist bedient zijn cruise control of stereo zonder dat hij zijn handen van het stuur hoeft te nemen. De schakelaars zijn echter niet flexibele en kunnen vaak alleen schakelen tussen ‘Aan’ en ‘Uit’ respectievelijk ‘Meer’ en ‘Minder’. De reden is dat de schakelaars zijn gemaakt uit starre materialen zoals metaal, keramiek of harde kunststof.
Flexibele sensoren
De onderzoekers van Fraunhofer-ISC houden zich bezig met intelligente materialen waarvan de mechanische eigenschappen elektrisch of magnetisch zijn aan te passen. De door hen ontwikkelde sensoren zenden elektrische pulsen uit om dingen te besturen. Hiertoe zijn ze opgebouwd als een condensator: twee lagen elektroden uit geleidende siliconen boven en onder, met daartussen een isolerende laag folie. Drukt men op deze condensator, dan gebeurt er echter eerst niets.
De elektrische capaciteit (lading gedeeld door aangelegde spanning) is de beslissende grootheid. Bij een conventionele condensatoropbouw is het effect van het indrukken zo ring, dat deze nauwelijks is te meten, laat staan dat het is te gebruiken voor aansturing. Om het indrukken effectief te maken, hebben de onderzoekers meerdere siliconenlagen op de folie aangebracht. Ze persen bijvoorbeeld nog twee folies aan de boven- en onderkant, aanvullend op de folie in het midden.
Deze folies zijn niet glad, maar hebben een bijzonder profiel gekregen. Door hun speciale condensatorontwerp konden de onderzoekers gebruik maken van een fysische eigenschap van siliconen, die tot nu toe alleen werd waargenomen wanneer men een siliconenfolie met rekbare elektrodenlagen in de lengte uitrekt. De geometrie verandert, het oppervlak wordt groter en de siliconenlaag dunner. Dat heeft als gevolg dat hun elektrische capaciteit toeneemt. De onderzoekers zijn er nu in geslaagd de trekkrachten om te zetten in drukkrachten.
Spelen met samenstelling
Hoe de drukkracht werkt, hangt er sterk van af hoe de profielen op de folie en hoe de elektroden worden aangebracht. De elektrische capaciteit van de sensoren is steeds verschillend. De onderzoekers kunnen deze verschillen gebruiken en het ontwerp van de sensoren individueel aanpassen aan verschillende geometrieën en gevoeligheden. De wetenschappers stellen de siliconen samen uit industriële halffabrikaten of volgens eigen recept. De chemici kunnen het materiaal voor de sensoren voor de klant op maat maken. Ze variëren de chemische samenstelling en de vorm van de sensoren afhankelijk van de eigenschappen die worden gevraagd.