Multifunctionele materialen

Foto: Sam Rentmeester

Foto: Sam Rentmeester

Constructies moeten alsmaar lichter en sterker. Dat kan volgens prof. Theo Dingemans (L&R) inmiddels bijna alleen nog maar met multifunctionele materialen. Met bijvoorbeeld plastics die als composiet en als zonnecel tegelijk fungeren.

Op zijn bureau bij de sectie novel aerospace materials heeft Dingemans een stukje koolstofcomposiet liggen. “Het is een heel mooi materiaal”, zegt de hoogleraar. “Maar net als zoveel materialen uit de luchtvaart- en ruimtevaartindustrie zit de dichtheid ervan ergens tussen de 1 en 1,5 gram.” De rek lijkt er een beetje uit, wil hij maar zeggen. “We proberen nu de grenzen te verleggen door een extra functie in materialen in te bouwen.”

Als voorbeeld noemt Dingemans plastics die als zonnecellen coating tegelijk fungeren. De bedoeling is om van deze plastics stickers te maken die je overal op kunt plakken.

Dr. Johan Bijleveld is een van de onderzoekers binnen zijn groep die daar aan werkt. “Je moet een halfgeleidende polymeer hebben.” Op zijn laptop toont hier een grafische weergave van, een polyazomethine. Het is een aaneenschakeling van benzeen- en thiofeenringen.

Een vreemde eend in de bijt is de X die her en der zit ingebouwd. “X is een zijgroep die van alles kan zijn”, zegt Bijleveld. “Een stikstofatoom bijvoorbeeld, of een hele nitro- of methoxygroep. Sommige van die groepen trekken elektronen aan, andere stoten ze af. Door met X te spelen kun je de elektronendichtheid in de keten variëren, en daarmee de efficiëntie waarmee het molecuul zonlicht omzet in elektriciteit. De silicium zonnepanelen die mensen nu op hun dak hebben liggen, halen een efficiency van vijftien procent.

Wij komen momenteel nog niet verder dan twee procent. We moeten de efficiency dus nog verhogen.” Wereldwijd hebben veel groepen zich op deze technologie gestort. “Sommige onderzoekers halen een rendement van meer dan tien procent”, zegt Bijleveld. “Maar hun polymeren zijn duur en heel moeilijk te maken. Ons polymeer, en dus onze zonnecel, kan binnen een week klaar zijn. Je hoeft er hooguit drie chemische stappen voor te doorlopen.”

Thermo-elektrische eigenschappen
Een andere veelbelovend materiaal is de composiet van plastic en koolstof-nanobuisjes waar Bijlevelds collega, dr.ir. Maruti Hegde, aan werkt. Door toevoeging van koolstof nanobuisjes gaat de plastic zich semikristallijn gedragen. Dat maakt dat het materiaal extreem stijf is, goed tegen hoge temperaturen kan en heel interessante thermo-elektrische eigenschappen heeft.

“Als je een uitlaatpijp met dit materiaal coat, dan kun het temperatuurverschil van een paar honderd graden Celsius tussen de ene kant van de uitlaatpijp en de andere gebruiken om elektriciteit op te wekken”, legt
Hegde uit terwijl hij met een stukje flinterdun zwart plastic folie wappert.

“Wat het materieel ook interessant maakt”, vervolgt de onderzoeker, “is het feit dat je het kan gebruiken om gassen te scheiden. Je kunt er bijvoorbeeld koolstofdioxide mee uit aardgas te filteren. Geloof me, van dit materiaal ga je nog veel horen.”

Blijf op de hoogte van het onderzoek

Ontvang de Delft Integraal nieuwsbrief 4 keer per jaar