Kunststoff 2.0 schickt bei Stress Warnsignale

Fribourg/Sapporo (pte018/25.04.2019/12:30) - Maßgeschneiderte Moleküle wechseln ihre Eigenschaften, wenn sie Stress ausgesetzt sind. Sie lassen sich in Bauteile aus Kunststoff integrieren. Wenn sie zunehmend belastet werden, melden sich diese Moleküle mit einem optischen Signal, ehe das Bauteil den Geist aufgibt. Die Methode haben Forscher an der Hokkaido University http://www.global.hokudai.ac.jp und des Adolphe Merkle Institute (AMI) http://ami.swiss an der Universität von Fribourg http://unifr.ch entwickelt.

AMI-Professor Christoph Weder und sein Team haben Moleküle erschaffen, die unter bestimmten Umständen ihre Farbe oder ihre fluoreszierenden Eigenschaften ändern. Das erreichen sie mit Molekülen, die von schwachen Kräften zusammengehalten werden. Bei Belastung geben die Bindungen nach, wenn eine bestimmte Grenze überschritten wird. Dabei kann sich die Farbe ändern oder ein anderes Signal ausgesandt werden.

"Intelligente" Moleküle

Die Sache hat allerdings einen Haken. Die schwachen Bindungen können auch durch andere Einflüsse aufgelöst werden, etwa durch Wärme oder das Spektrum des Sonnenlichts. Der Effekt ist nicht umkehrbar. Aus diesem Grund ist der praktische Nutzen dieser Moleküle eingeschränkt. Diesen Mangel haben Weder und Yoshimitsu Sagara, ein japanischer Forscher, der zwei Jahre lang am AMI arbeitete und mittlerweile als Assistenzprofessor an der Hokkaido University arbeitet, beseitigt.

Sie entwickelten Moleküle, die ausschließlich auf mechanische Reize reagieren. Dazu mussten sie das Prinzip der schwachen Bindung verlassen. Die neuen Sensoren bestehen aus zwei Komponenten, die mechanisch miteinander verbunden sind. Eine Trennung ist unmöglich. Doch beim Überschreiten einer bestimmten Belastung beginnen sie zu fluoreszieren. Das wird sichtbar, wenn das Bauteil mit Schwarzlicht bestrahlt wird. Das Fluoreszieren lässt sich automatisch mit entsprechenden Fotodioden erfassen. Wird die Last verringert, endet auch die Fluoreszenz.

Änderung der Farbe als Ziel

Die Sensoren bestehen aus drei Teilen, die die Farben Blau, Grün und Rot (oder Orange) emittieren, wenn sie belastet werden. Integriert in Bauteile aus Kunststoff melden diese sich selbstständig, wenn sie drohen, überlastet zu werden. Jetzt arbeitet das schweizerisch-japanische Team daran, Moleküle zu entwickeln, die bei Stress ihre Farbe ändern. Dann entfällt die Beleuchtung mit Schwarzlicht.

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