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3 Minuten Wissenschaft: Endliche eine Lösung für das kaputte Ladekabel

Michelle Hechenbichler

In unserer Serie "3 Minuten Wissenschaft" stellen wir jede Woche spannende Forschung von Freiburger Wissenschaftlern vor. Kurz, prägnant und für jeden verständlich. Heute: Selbstheilender Kunststoff.

Es ist passiert! Die Kabelummantelung des Ladegeräts ist mal wieder eingerissen. Da bleibt einem ja wohl nichts anderes übrig, als ein neues zu kaufen, ist immerhin ein Sicherheitsrisiko.


Aber was wäre, wenn der Riss sich auf magische Weise wieder schließen würde? Wenn man beispielsweise mit einem Laser auf den Riss strahlen würde – und die Kabelummantelung wieder heil wäre? Einen solchen Kunststoff synthetisierte die Arbeitsgruppe von Prof. Mülhaupt. Selbstheilende Kunststoffe haben nichts mit Magie zu tun, sondern mit der Spaltung und anschließenden Neubildung von Bindungen.

Umwandlung von Laserlicht in Wärme

Um das zu realisieren, wurden im ersten Schritt zwei lange Kunststoffketten mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen hergestellt, die miteinander sogenannte Wasserstoffbrückenbindungen eingehen. Diese Bindungen sind zwar stark, lassen sich aber bei hohen Temperaturen wieder auflösen. Das kennt man im Alltag auch von Wasser. Die Wassermoleküle gehen ebenfalls Wasserstoffbrückenbindungen miteinander ein. Heizt man aber drauf, lösen sich diese Bindungen und die Moleküle können einzeln als Gas aufsteigen.

Im zweiten Schritt wurde etwas Graphen dazugegeben. Graphen ist nichts anders als eine einzelne Graphitschicht. Graphit sollte man von Bleistiftminen kennen. Es ermöglichte im Kunststoff die Umwandlung von Laserlicht in Wärme. Wer jetzt aufgepasst hat, ahnt vielleicht schon, was nun kommt: Die erzeugte Wärme konnte die Wasserstoffbrückenbindungen spalten; ließ der Laserstrahl nach, verbanden sich die Ketten neu miteinander und ein so entstandener Riss konnte dadurch geheilt werden. Das Tolle dabei war, dass diese Bindungsspaltung wirklich nur dort stattfand, wo der Laser hin strahlte. Außerhalb des Laserspots blieb alles wie gehabt.

Steifigkeit von Kunststoffen mit Licht steuern

Deshalb ließen sich mit Hilfe des Laserstrahls auch ganz lokal die mechanischen Eigenschaften des Kunststoffs ändern. Wurden die Bindungen nämlich durch das Laserlicht gelöst, konnten sich die Ketten viel freier bewegen. Das wiederum bedeutete, dass der Kunststoff an dieser Stelle nicht mehr starr ist, sondern weich.

An den unbelichteten Stellen blieb er aber weiterhin starr. In Zukunft könnte die Steifigkeit von Kunststoffen also mit Licht gesteuert werden.
Zum Weiterlesen:

Manuel Noack, Rémi Merindol, Baolei Zhu, Alejandro Benitez, Sebastian Hackelbusch, Fabian Beckert, Sebastian Seiffert, Rolf Mülhaupt, und Andreas Walther, Adv. Funct. Mater. 2017, 1700767.

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