10. Januar 2016

Der neueste Fortschritt bei der Verwandlungsfähigkeit von Polymeren könnte den Weg bereiten hin zu einer neuen Generation Materialien mit großem Innovationspotenzial für Medizintechnik, Elektronik und viele weitere Bereiche.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Prof. Xie Tao von der Fakultät für Chemie- und Biotechnik der ZJU, hat ein neues Polymer mit Formgedächtnis vorgestellt, das eine dauerhafte Form mehrfach wechseln und eine jeweils aktuelle Form sowie nachfolgende erinnern kann. Dies bedeutet einen großen Schritt von den vorhandenen selbst faltenden Polymeren hin zu solchen mit komplexen Konfigurations- und Funktionsmöglichkeiten.

Der Artikel mit dem Titel Shape Memory Polymer Network with Thermally Distinct Elasticity and Plasticity wurde am 8. Januar 2016 im Journal Science Advances veröffentlicht und zog weltweit große Aufmerksamkeit auf sich.

In der jüngsten Vergangenheit haben Materialwissenschaftler Polymere entwickelt, die ihre Form abhängig von der Temperatur verändern. Deren größter Nachteil ist es, dass sie nur ein oder zwei Formen anzunehmen in der Lage sind. Die von den Forschern jüngst unternommenen Anstrengungen haben nun ein Polymer hervorgebracht, das in der Lage ist, durch die Kombination zweier Substanzen – deren eine die Eigenschaft elastischer Deformation besitzt, die andere jene plastischer Verformung – vielerlei verschiedene Formen anzunehmen. Bisher neigten Polymere dazu, die Eigenschaften des jeweils vorangehenden Zustands zu haben, welches jedoch nur für eine sehr begrenzte Anzahl von Anwendungen nützlich ist. Was wirklich gebraucht wird – so das Forschungsteam –  ist ein Polymer, das nach einer plastischen Verformung immer wieder eine frühere Form annehmen kann, ohne dass – aufgrund der Auflösung der kovalenten Bindung – ein Einschmelzen nötig wird.

Um das Polymer herzustellen, fügten die Forscher der Chemikalie 1,5,7-Triazabicyclo [4.4.0] dec-5-en ein elastisches Material mit dem Namen Caprolacton hinzu. Das Ergebnis war ein Kunststoff mit einer niedrigen transitiven Temperatur (55 ° C) und einer hohen Verformungstemperatur (130 ° C). Das neuartige Material kann durch manuelle Verformung bei unterschiedlichen Temperaturen programmiert werden. Um es dem Bedarf entsprechend zu programmieren, wird es einer Temperatur ausgesetzt, die mit der gewünschten Form korrespondiert. Das Forschungsteam stellte mehrere solcher Polymere her und bewies, dass es möglich ist, das gleiche Origami-Material dazu zu veranlassen, sich zuerst in eine Form zu falten und dann in eine andere – zur Veranschaulichung wurde in einem Beispiel das Material zuerst in ein Origami-Boot zurückverwandelt, um dann zu einer Origami-Blume zu werden.

Das Team berichtete, dass das Polymer zusätzlich zu einem hohen Maß an Programmierbarkeit strapazierfähig bleibt – es hält mehreren Umformungen stand, ohne zu reißen oder sich abzunutzen. Als mögliche Anwendungsbereiche sehen die Forscher Medizin, Elektronik und die Raumfahrt.