14.08.2013

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Helmholtz-Zentrum: Formgedächtnis-Kunststoffe erstmals mit umkehrbarer Formänderung

Teltower Biomaterialforscher haben Kunststoffe entwickelt, die bei einer wählbaren Temperaturschwankung immer wieder ihre Form hin- und herwechseln können. Das als "Polymer-Aktuatoren" bezeichnete Material überwinde damit die Beschränkung ähnlicher Werkstoffe: Bisher konnten Polymere mit temperaturgesteuertem Formgedächtnis nur ein Mal von einer Form in die andere umschalten.



"Unsere Aktuatoren können viele hundert Mal die Form ändern, sobald die Umgebungstemperatur bestimmte Schwellenwerte über- und wieder unterschreitet", erklärt Institutsleiter Prrofessor Andreas Lendlein. Sowohl die Schwellenwerte als auch die Art der Formänderung seien durch die Programmierung der Kunststoffe relativ frei wählbar.

Das neue Material bedeutet laut Entwickler den Durchbruch zu vielfältigen Anwendungen - von automatischen Jalousien ohne elektrischen Antrieb zum Steuern der Abschattung bis zu neuartigen Wärmekraftmaschinen. Wissenschaftler des Teltower Instituts für Biomaterialforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht stellten die Polymer-Aktuatoren nun vor.

Auch denkbar sei eine Wärme-Kraft Maschine, in der die Aktuatoren die Basis für ein Antriebselement bilden. In einem Experiment demonstrieren die Teltower Wissenschaftler das Funktionsprinzip der Maschine, in der sich bei Erwärmung ein Kunststoff entfaltet und damit eine Antriebseinheit bewegt. Beim Abkühlen wird der Ursprungszustand wieder eingenommen. Über das Temperaturgedächtnis lässt sich die Rotationsgeschwindigkeit der Antriebseinheit steuern.

Die aktiv-beweglichen Polymere sind auf molekularer Ebene aus Strukturelementen aufgebaut, die über einen breiten Temperaturbereich ihre Beweglichkeit ändern. Um die Aktivität auf Nanoebene in makroskopische Bewegung zu wandeln, werden diese Strukturelemente zu einem Teil einem internen Gerüst zugeordnet, das die Bewegungsgeometrie festlegt und der Bewegung eine Orientierung verleiht. Der Anteil zwischen Bewegungselementen und formgebenden Elementen könne dabei variiert werden, worüber die Bewegung gesteuert werde.

In dem Modell einer Fensterjalousie werden die Temperatur-Gedächtnis Polymer-Aktuatoren zum temperaturabhängigen Öffnen und Schließen der Lamellen genutzt. Der Temperaturbereich, in dem sich die Lamellen der Jalousie bewegen, ist programmierbar. Diese Fähigkeit wird als Temperatur-Gedächtnis bezeichnet.

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