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14. Dezember 2016

Selbstheilung durch Licht und Wärme

Forscherteam unter Leitung der HU entwickelt intelligente, sich selbst reparierende Kunststoffbeschichtung

Abbildung: Stefan Hecht
Abbildung: Stefan Hecht

Ein Team unter Leitung von Forschern der Humboldt-Universität zu Berlin hat erstmals Kunst­stoff­beschichtungen ent­wickelt, die mit Hilfe von Licht gezielt Beschädigungen heilen können. Eine durch Erwärmen hervor­gerufene Selbst­aus­besserung des Materials findet nur dort statt, wo die beschädigte Stelle vorher mit Licht einer be­stimmten Farbe beleuchtet wurde. Die viel­ver­sprechenden Ergebnisse dieser Studie wurden nun in Nature Communications veröffentlicht.

Muss ein stark beschädigter Alltags­gegen­stand ausgewechselt werden, ist das zumeist umwelt­belastend und teuer. Um dies in Zukunft zu vermeiden, arbeiten Forscher seit Jahren an der Ent­wicklung neuer Materialien, die Kratzer oder Risse reparieren können. Besonders Kunst­stoff­beschichtungen, die sich durch Hitze­einfluss selbst ausbessern, sind stark in den Fokus der Forschung gerückt. Werden derartige Materialien erwärmt, fangen sie durch eine chemische Reaktion an zu fließen und ermöglichen eine gleich­mäßige und komplette Ausbesserung des Schadens. Beim Erkalten erhärtet der Kunst­stoff erneut und wird unter Aus­bildung der ursprünglichen chemischen Struktur wieder robust. Allerdings werden die Eigen­schaften des Materials durch die thermische Belastung des Heil­verfahrens nach und nach in Mit­leidenschaft gezogen, sodass dieses schließlich unbrauchbar wird.

Um diese Probleme zu umgehen, hat ein Forscher­team von der Humboldt-Universität zu Berlin, der Friedrich-Schiller Universität in Jena, der Berliner Bundesanstalt für Material­forschung und -prüfung sowie des Helmholtz-Zentrum Geesthacht in Teltow eine intelligente Kunst­stoff­beschichtung ent­wickelt, in der mittels gezielter Bestrahlung mit Licht die thermische Heilung auf den Bereich der Be­schädigung reduziert wird.

„Unser Ziel war es, die unversehrten Teile einer Beschichtung vor Alterung zu schützen.“, sagt der leitende Wissen­schaftler Stefan Hecht und fügt hinzu: „Indem wir Licht als Stimulus verwenden, halten wir eine Fern­bedienung in unseren Händen, die in der Lage ist, die Ausbesserungs­fähigkeit unseres Materials je nach Bedarf an- und auszuschalten.“ Werden beschädigte Bereiche der Beschichtung beleuchtet, wird die Ausbesserungs­funktion erst ermöglicht. Durch Licht einer anderen Wellen­länge kann der Vorgang rück­gängig gemacht werden und das ursprüngliche Material wird wieder erhalten – nun aber in seinem intakten Zustand.

Diese wegweisende Entwicklung ermöglicht zukunftsnah die Verwendung fernsteuerbarer Materialien in verschiedenen Alltags­prozessen und Produkten. So könnten diese Beschichtungen als Lacke in Anwendungen wie der prozessorientierten Nanofabrikation oder auch im 3D-Druck zum Einsatz kommen.

Conditional repair by locally switching the thermal healing capability of dynamic covalent polymers with light
A. Fuhrmann, R. Göstl, R. Wendt, J. Kötteritzsch, M.D. Hager, U.S. Schubert, K. Brademann-Jock, A.F. Thünemann, U. Nöchel, M. Behl und S. Hecht
Nature Communications (2016), published online
DOI: 10.1038/ncomms13623

Kontakt

Prof. Stefan Hecht, Ph.D.
Humboldt-Universität zu Berlin
Institut für Chemie & IRIS Adlershof
Tel.: 030 2093-7365
sh(at)chemie.hu-berlin.de

www.hechtlab.de

www.iris-adlershof.de

Hochschulen Mikrosysteme / Materialien Photonik / Optik

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    Der Chemiker ist Professor und Inhaber des Lehrstuhls für Organische Chemie und funktionale Materialien an der Humboldt-Universität zu Berlin.

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