Lichtfernbedienung für die Reparatur von Materialien

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.

Ein Team unter Leitung von Forschern der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) hat nun erstmals Kunststoffbeschichtungen entwickelt, die mit Hilfe von Licht gezielt Beschädigungen heilen können. Die Ergebnisse ihrer Studie stellen sie in der Nature Communications vor.
 
Besonders Kunststoffbeschichtungen sind aufgrund ihrer Reparatureigenschaften stark in den Fokus der Forschung gerückt: Sie können durch Hitzeeinfluss selbstständig Schäden gleichmäßig und komplett ausbessern. Beim Erkalten erhärtet der Kunststoff und wird wieder robust. Allerdings führt diese thermische Behandlung dazu, dass das Material schließlich unbrauchbar wird.

Um dieses Problem zu umgehen, hat ein Forscherteam der HU, der Friedrich-Schiller Universität in Jena, der Berliner Bundesanstalt für Materialforschung und –prüfung sowie des Helmholtz-Zentrums Geesthacht in Teltow eine intelligente Kunststoffbeschichtung entwickelt: Diese reduziert die Belastung auf den Bereich der Beschädigung, ohne das gesamte Material zu beanspruchen.
 
„Unser Ziel war es, die unversehrten Teile einer Beschichtung vor Alterung zu schützen“, sagt der leitende Wissenschaftler Stefan Hecht, Professor am Institut für Chemie und Integrative Research Institute for the Sciences (IRIS) Adlershof der HU.

Deshalb entwickelte das Forscherteam ein Material, bei dem die thermische Selbstausbesserung nur an den Stellen stattfindet, die sie mit Licht einer bestimmten Farbe beleuchten. Licht einer anderen Wellenlänge kann diesen Vorgang rückgängig machen und das ursprüngliche Material erhalten – im intakten Zustand. „Durch diesen Stimulus haben wir eine Fernbedienung, welche die Ausbesserungsfähigkeit unseres Materials je nach Bedarf an- und ausschalten kann“, erklärt Hecht.
 
Diese Entwicklung ermöglicht zukunftsnah die Verwendung fernsteuerbarer Materialien in verschiedenen Alltagsprozessen und Produkten, wie etwa als Lacke in Anwendungen der prozessorientierten Nanofabrikation oder im 3D-Druck.

Veröffentlichung:

“Conditional repair by locally switching the thermal healing capability of dynamic covalent polymers with light”
von: Anne Fuhrmann, Robert Göstl, Robert Wendt, Julia Kötteritzsch, Martin D. Hager, Ulrich S. Schubert, Kerstin Brademann-Jock, Andreas F. Thünemann, Ulrich Nöchel, Marc Behl und Stefan Hecht
Nature Communications (2016), DOI: 10.1038/ncomms13623

http://www.nature.com/articles/ncomms13623
http://www.hechtlab.de
http://www.iris-adlershof.de