Selbstheilender Kunststoff erspart aufwendige Reparaturen

Ein neuer Kunststoff kann Schäden und Risse binnen weniger Minuten selbstständig schließen. Integrierte Nickelpartikel verleihen dem Kunststoff zudem elektrische Leitfähigkeit. Ein Einsatz bei der Herstellung von Drähten, weichen Roboter-Elementen oder Prothesen ist denkbar.

Forscher der Universität Stanford in den USA haben einen elastischen Kunststoff hergestellt, der in der Lage ist, sich selbst zu reparieren. Der Reparaturvorgang lässt sich beliebig oft wiederholen und hinterlässt keinerlei Spuren. Als einzige Einschränkung funktioniert die Selbstheilung bisher nur bei Raumtemperatur. Im neuartigen Kunststoff verbanden die Forscher damit die Heilungsfähigkeit supramolekularer Polymere mit der Leitfähigkeit von Metallen.

Zhenan Bao, Chemie-Ingenieurin in Stanford, bezeichnet das Material daher als „das beste beider Welten.” Die eingesetzten supramolekularen Polymere beziehen ihre Heileigenschaft aus der Art ihrer Molekülverbindungen. Die dort wirkenden Kräfte sind vergleichsweise schwach, weshalb sie sich leicht voneinander trennen lassen. Doch richten sich die Moleküle danach innerhalb kürzester Zeit neu aus. Bruchstellen können so wieder zusammenwachsen und selbst große Risse behoben werden. Bei Tests trennten die Forscher den Kunststoff mit einem Skalpell, so dass ein langer Schnitt entstand. Schon nach wenigen Sekunden hatte sich die Lücke wieder geschlossen und das Material 70 Prozent seiner elastischen Eigenschaft zurückgewonnen. Nach 10 Minuten war der Schaden vollständig beseitigt.

Die zweite zentrale Eigenschaft des neuen Materials liegt in seiner elektrischen Leitfähigkeit. Diese konnte durch die Zugabe von Nickelpartikeln erzeugt werden. Gleichzeitig dient Nickel dazu, dem Stoff zusätzliche Stabilität zu verleihen. Die Tests mit dem Skalpell zeigen, dass auch die elektrische Fähigkeit des Kunststoffes nach bereits 30 Minuten vollständig wiederhergestellt werden konnte. Zwar beeinträchtigt Nickel den Heilungsprozess minimal. Doch das Einsatzspektrum erweitert sich durch das Metall deutlich.

Dank Nickel kann der Kunststoff auf Berührungen reagieren. Bei einer Berührung wird das Material an einer Stelle verformt und der Abstand der gleichmäßig verteilten Nickelpartikel verändert sich. Das wirkt sich auch auf den elektrischen Widerstand aus. Auf diese Weise kann der Kunststoff auf Einflüsse von außen reagieren. Bao und ihre Kollegen peilen daher einen Einsatz ihrer Erfindung bei lebensähnlichen Prothesen oder Roboter-Elementen an.

Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler vor allem die Transparenz des Materials verbessern. Insbesondere könnte das Material dann auch als Schutzschicht für Bildschirme zum Einsatz kommen. Bis es aber so weit ist, erscheint eine Anwendung vor allem bei Drähten oder anderen elektronischen Bauteilen realistisch. An schwer zugänglichen Stellen könnte die Selbstheilungsfähigkeit dazu dienen, komplizierte Reparaturarbeiten zu vermeiden.

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