Kunststoff-Elektronik bekommt ein Gedächtnis

Verfasst von Kempkens/pte am 01.02.2018 - 15:27

Forscher der University of Illinois haben den Mechanismus um das Phänomen des Formgedächtnisses in organischen Kristallen geklärt. Diese werden in kunststoffbasierter Elektronik eingesetzt. Die Verbindung dieser Kristalle und Elektronik könnte die Tür zu neuen batteriebetriebenen, elektronischen Kleingeräten, medizinischer Elektronik und multifunktionalen Formgedächtnis-Materialien öffnen.

Diese intelligenten Werkstoffe erinnern sich an ihre ursprüngliche Gestalt, wenn sie mittels Wärme verformt worden sind. Praktisch ist das etwa bei Brillen, die sich wiederherstellen, wenn man draufgetreten ist oder sich draufgesetzt hat. Auch Stents, die Blutbahnen offenhalten, werden oft aus Formgedächtnis-Materialien hergestellt. Erst am Bestimmungsort entfalten sie sich aufgrund der Körperwärme.

Fast alle Systeme dieser Art bestehen aus Metall. Die Herstellung von Kunststoffen mit Formgedächtnis ist schwieriger, weil die Zusammenhänge auf Molekülbasis noch weitgehend unerforscht sind. Die jetzige Entdeckung der Zusammenhänge ist für Forschungsleiterin Ying Diao ein Glücksfall. Sie hat gemeinsam mit ihrem Team lange organische Moleküle entwickelt und beobachtete gespannt, wie diese auf Wärme reagieren.

"Wir beobachteten ein solches Molekül unter dem Mikroskop, während es erwärmt wurde", sagt Diaos Mitstreiter Hyunjoong Chung. "Wir konnten ganze Schwärme von Atomen beobachten, die sich in einer konzertierten Aktion durch das Kettenmolekül bewegten. Das schien den Formgedächtnis-Effekt auszumachen." Diese Entdeckung brachte das Team auf die Idee, Elektronik auf Kunststoffbasis und den Formgedächtnis-Effekt miteinander zu kombinieren.

Licht könnte Wärme ablösen

Heute gebräuchliche Elektronik verbraucht viel Strom, so Diao. "Wenn wir den Formgedächtnis-Effekt in Kunststoffelektronik nutzen können, um elektronische Eigenschaften zu verändern, würden wir nur wenig Energie benötigen." Beim Einsatz von Wärme zur Auslösung des Effekts wäre die Einsparung wohl nicht zu realisieren. Deshalb versuchen es die Forscher aus Illinois mit anderen Medien.

Sie arbeiten an Formgedächtnis-Materialien aus Kunststoff, die sich durch Licht, elektrische Felder oder durch mechanische Kräfte verformen lassen. Ausserdem tüfteln sie daran, den Effekt zu optimieren. Diao: "Wir haben schon herausgefunden, dass bereits der Austausch eines einzigen Atoms in einem Kunststoffmolekül dessen Eigenschaften erheblich verändert."
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