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Von: Andreas S.
Neue Materialien

Tastempfindlicher Kunststoff repariert sich selbst

Chemikern gelingt es einen weichen Kunststoff zu entwickelt, der auf Druck reagiert, Beschädigungen selbstständig repariert und als elektrischer Leiter dient. Die Forscher hoffen nun, dass der neue Kunststoff bei Prothesen zum Einsatz kommen kann. Auch eine druckempfindliche Roboterhaut, sich selbstständig reparierende Schutzschichten oder besondere elektronische Bauteile wären vorstellbar.

Bei Beschädigungen repariert sich der Kunststoff von selbst.
© Bao / Stanford University

Stanford (U.S.A.). Wissenschaftler der Stanford University gelingt es ein Kunststoff zu entwickeln, der erstaunliche Eigenschaften aufweist. Neben der elektrischen Leitfähigkeit von Metallen und einer Druckempfindlichkeit, welche sich beispielsweise im elektrischen Widerstand wiederspiegelt, ist die Fähigkeit der Selbstreparatur wohl die erstaunlichste Eigenschaft dieses neuen Meterials.

Wie die Chemie-Ingenieurin Zhenan Bao im Fachmagazin Nature Nanotechnology berichtet, besitzt der Kunststoff die Heilungseigenschaften von Polymeren. So ermöglicht die Kombination aus Kunststoff und winzigen Nickelteilchen nicht nur die elektrische Leitfähigkeit, sondern auch die erstaunliche Selbstreparatur. Bao und ihre Kollegen griffen bei der Entwicklung auf sogenannte langkettige Oligomere, verzweigte und verschachtelte Makromoleküle zurück. Diese bilden dank einer schwachen Wasserstoffverbindung ein verquirltes Netzwerk. Da sich die Molekülenden, von denen einige schwach positiv und andere schwach negativ geladen sind, leicht von einander trennen lassen ist der neu entwickelte Kunststoff elastisch. Durch die Anziehungskraft der positiven und negativen Molekülenden entsteht aber auch die selbstheilende Eigenschaft des Kunststoffes. So regeneriert sich der Kunststoff selbst bei Schnitt- und Reißbeschädigungen innerhalb weniger Minuten nahezu komplett.

Die Nanometer großen Nickelteilchen verleihen dem Kunststoff eine eleketrische Leitfähigkeit von 40 Siemens pro Zentimeter. Gleichmäßig verteilt, sitzen die Nickelpartikel stabil an den Kunststoffmolekülen und ermöglichen so eine Leitfähigkeit in jeder erdenklichen Form.

Die Wissenschaftler unterzogen den Kunststoff verschiedene Tests, in dem das Material bewies, dass es nach Beschädigungen weder Einschränkungen in der Festigkeit, noch in der elektrischen Leitfähigkeit aufwies. Selbst nach einer komplette Teilung des Materials mit einem Skalpell (siehe Foto) und dem anschließendem Zusammenpressen besaß das Material bereits nach den ersten Sekunden wieder 75 Prozent der ursprünglichen Stärke. Nach 15 Sekunden hatte das Material bereits 90 Prozent der ursprünglichen Leitfähigkeit erreicht. Nach zehn Minuten war es mechanisch und binnen 30 Minuten elektrisch nahezu komplett wieder hergestellt. Selbst nach wiederholten Zerstörungen an der selben Stelle wies das Material keinerlei nennenswerte Strukturschäden auf.

Wird der Kunststoff gedehnt, gedrückt oder verdreht, so verändern sich die Abstände unter den Nickelpartikeln, was sich anschließend in feinen Veränderungen des elektrischen Widerstands widerspiegelt. In dieser Eigenschaft sehen Bao und ihre Kollegen ideale Voraussetzung für den Einsatz an lebensähnlichen Prothesen und weichen und empfindlichen Roboterelementen. Auch als elektronisches Bauteil, besonders wenn dieses in nur sehr unzugänglichen Stellen verbaut wurde, ist ein Einsatz des neuen Kunststoffes vorstellbar. Die Forscher arbeiten derzeit daran, den Kunststoff noch weicher und transparent zu machen. Wenn dies gelingt, wären tastempfindliche Schutzschichten von Bildschirmen, Verpackungen oder komplexe elektronischer Baugruppen vorstellbar, welche sich selbst reparieren, vorstellbar.

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