Luftfeuchte lässt neues Material hüpfen

Zufallsentdeckung könnte die Grundlage für einen neuartigen Antrieb von kleinen Objekten bilden
Luftfeuchte lässt Kunststofffilm hüpfen
Luftfeuchte lässt Kunststofffilm hüpfen
© CEMS, RIKEN
Saitama (Japan) - Lichteinfall, elektrische Pulse oder sogar Schallwellen können spezielle Materialien in Bewegung versetzen. Völlig überraschend fanden nun japanische einen Werkstoff, der bei der Aufnahme geringer Wassermengen aus der Luft sich sehr schnell verformen und sogar hüpfen konnte. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ berichten, genügten schon wenige Millionstel Milliliter Wasser, um die die Form des Kunststoffs zu verändern. Da sich die Aufnahme und Abgabe des Wasser mit Lichtpulsen steuern ließ, könnte dieses Material zu einem neuartigen Antrieb beispielsweise von kleinen, mobilen Sensoren genutzt werden.

„Das Material reagiert auf winzige Schwankungen der umgebenden Luftfeuchte und wandelt diese in mechanische Energie um“, sagt Takuzo Aida vom Center for Emergent Matter Science CEMS in Saitama bei Tokio. Entdeckt hat er es zusammen mit seinen Kollegen eher zufällig, als sie das organische Salz Guanidinkarbonat in einem Ofen bei 550 Grad trocknen wollten. Dabei entstand ein gelblicher Kunststofffilm aus Karbonnitrid, an den größere organische Molekülgruppe aus Heptazin andockten. Diesen flexiblen und dennoch stabilen Film konnten die Forscher mühelos von der Unterlage ablösen.

Auf einen Tisch gelegt, fing dieser Kunststoff plötzlich an, sich zu bewegen. Nach einigen Versuchen erkannten Aida und Kollegen, dass für diesen Effekt die Feuchtigkeit der Luft verantwortlich war. So dehnte sich das Material, wenn es nur wenige Nanogramm Wasser aufnahm und neue Bindungen zwischen Wasser- und Kunststoffmolekülen aufgebaut wurden. Beleuchtet mit ultraviolettem Licht lösten sich die Bindungen wieder, das Wasser wurde abgegeben und der Kunststofffilm wellte sich überraschend schnell innerhalb von 50 Millionstel Sekunden. Bei dieser Bewegung hüpfte der Film sogar bis zu einen Zentimeter hoch. Beschichtet mit einer hauchdünnen Lage aus Gold, kroch der Kunststofffilm ähnlich wie eine Raupe.

Dieser durch die Aufnahme und Abgabe geringer Wassermengen verursachte Effekt konnte mehrere tausend Mal wiederholt werden. So könnten sich diese Kunststofffilme als kleine aber effiziente Kriechantriebe für kleine Objekte oder für sogenannte Aktuatoren eignen. Über kleine Lichtpulse ließe sich die Bewegung kontrollieren.

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