Formgedächtnis-Kunststoffe erstmals mit umkehrbarer Formänderung

Das neue Material bedeutet den Durchbruch zu vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten – von automatischen Jalousien ohne Strom bis hin zu neuartigen Wärmekraftmaschinen.

„Unsere Aktuatoren können viele hundert Mal die Form ändern, sobald die Umgebungstemperatur bestimmte Schwellenwerte über- und wieder unterschreitet“, sagt Professor Andreas Lendlein, Leiter des Instituts für Biomaterialforschung. Sowohl die Schwellenwerte als auch die Art der Formänderung seien durch die Programmierung der Kunststoffe relativ frei wählbar. Lendlein kann sich deshalb unterschiedlichste Anwendungen mit dem neuen Material vorstellen.

Tilman Sauter, der in Teltow als Doktorand arbeitet, nennt ein alltagsnahes Beispiel: „Man könnte an Sonnen-Jalousien denken, die keine externe Stromversorgung benötigen und dennoch in der Lage sind, die Verdunkelung eines Raumes nur über ihre Erwärmung zu steuern.“

Auch denkbar ist 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 Antriebs-einheit steuern.

Die aktiv-beweglichen Polymere sind auf molekularer Ebene aus Strukturelementen aufgebaut, die über einen sehr breiten Temperaturbereich ihre Beweglichkeit ändern. Um die Akti-vität auf Nanoebene in makroskopische Bewegung umzuwandeln, werden diese Strukturelemente zu einem Teil einem internen Gerüst zugeordnet, welches die Bewegungsgeometrie festlegt und der Bewegung eine Orientierung verleiht. „Der Anteil zwischen Bewegungselementen und formgebenden Elementen kann dabei variiert werden, worüber wir die Bewegung steuern können“, erklärt Dr. Marc Behl, Abteilungsleiter am Teltower Institut.

Marc Behl, Karl Kratz, Ulrich Nöchel, Tilmann Sauter, Andreas Lendlein: Temperature-memory Polymer Actuators, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United
States of America (PNAS), 2013, DOI: 10.1073/pnas.1301895110
http://www.pnas.org/content/early/2013/07/03/1301895110.full.pdf+html

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Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht mit den Standorten Geesthacht in
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