Selbstheilung durch Licht
Nie wieder Kratzer
Die Schramme ist der natürliche Feind der glatten Oberfläche, sei es nun auf Parkettböden oder Autokarosserien. In beiden Fällen ist die Ausbesserung von Schäden möglich, aber aufwändig. Doch das könnte sich in Zukunft ändern, sofern die Erfindung von Stuart J. Rowan Marktreife erlangt. "Diese Polymere haben eine Napoleon-Komplex", sagt der Materialforscher von der Case Western Reserve University. "Die Bestandteile sind klein, aber sie verhalten sich so, als ob sie viel größer wären."
Rowan spielt damit auf einen neuen Trend in der Polymerforschung an: Polymere bestehen normalerweise aus großen, kettenförmigen Molekülen, die, sofern sie einmal beschädigt wurden, im Prinzip repariert werden können. Dazu muss man sie stark erhitzen und die beschädigten Bereiche unter Druck zusammenführen. Nach Zugabe von Wasser und Diffusionsprozessen verbinden sich die Polymerketten erneut.
Wärme löst "Molekül-Kleber"
Die Studie
"Optically healable supramolecular polymers" ist im Fachblatt "Nature" (Bd. 472, S. 334) erschienen.
Der Ansatz von Rowan und seinen Kollegen aus den USA und der Schweiz nützt hingegen die Flexibilität kleiner Bausteine. Das nun im Fachblatt "Nature" präsentierte Material besteht aus kurzen Kohlenwasserstoffen, deren Enden an Zink- oder Lanthan-Ionen binden. Die Bindung benötigt im Gegensatz zu herkömmlichen Polymeren keine Bildung von Elektronenpaaren, "kovalente" Bindungen, wie der Chemiker sagt - und genau darin liegt ihre Stärke.
Wird die Ordnung des Materials etwa durch Kontakt mit einem spitzen Gegenstand zerstört, lässt sich diese nämlich mit viel geringerem Aufwand als bei herkömmlichen Materialien wieder herstellen. Alles, was es braucht, ist Wärme: Dann reihen sich die Bauteile des "metallo-supramolekularen Polymers" erneut in ihrer alten Ordnung an.
Wärme hat allerdings den Nachteil, dass sie sehr diffus wirkt. Wie Rowan und Kollegen in ihrer Studie schreiben, sind in diesem Fall dennoch punktgenaue Reparaturen möglich. Und zwar indem die Wärme indirekt, über Licht, in das Material kommt.
Rowan und Co richteten UV-Strahlung auf beschädigte Bereiche, die Strahlungswärme löste den "Kleber" aus Metallionen und verflüssigte das feste Material. Versuche zeigten, dass Schäden auch auf diese Weise innerhalb einer Minute verschwanden. Wurde das UV-Licht abgeschaltet, nahm das Polymer wieder seine ursprüngliche Form an.
Vision: Die Heilungs-Waschanlage
Wie die US-Materialforscher Nancy Sottos und Jeffrey Moore in einem begleitenden Kommentar schreiben, könnte dieser Ansatz zur Entwicklung von Materialien führen, die bei Beschädigungen ihre Farbe verändern.
Die Farbe wäre dann ein Indikator für die zur Reparatur notwendige Strahlungsenergie. Und das würde wiederum das Tor zu automatischen Reparaturen öffnen. Aufs Auto umgelegt: Waschanlagen, die den Lack nicht nur polieren, sondern auch dessen Kratzer zum Verschwinden bringen.
Robert Czepel, science.ORF.at
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