Auf feuchten Oberflächen beginnen sie zu tanzen kleine Folien aus einem neuartigen Material. Sie zeigen, was clevere Kombination verschiedener Polymer-Schichten ermöglicht: Winzige Mengen Wasserdampf reichen bereits aus, um das dünne Material blitzschnell aufzurollen. Hat sich die Oberfläche dadurch von der Feuchtigkeitsquelle entfernt, gibt sie die aufgenommenen Wassermoleküle sofort wieder ab und wird wieder gerade, nur um dann erneut vom verdunstenden Wasser der Unterlage verbogen zu werden. Die kontinuierlichen Bewegungen könnten Gliedmaßen von Robotern antreiben oder Strom für mikro-und nanoelektronische Geräte erzeugen, sagen die Entwickler.
Das jetzt vorgestellte Material besteht aus ineinandergreifenden Netzwerken zweier unterschiedlicher Polymere. Das eine bildet eine robuste, aber flexible Matrix, die strukturelle Festigkeit sicherstellt. Das andere Polymer hat dagegen die Konsistenz eines Gels. Es ist für die Reaktion gegenüber Feuchtigkeit verantwortlich. Durch Aufnahme von Wasser quillt es und dehnt sich stark aus. Es gab zwar bereits schon ähnliche Konzepte, die Integration der beiden unterschiedlichen Polymere erzeugt aber ein Material, das sich stärker verformt und mehr Kraft erzeugt als alles Bisherige, berichten die Wissenschaftler um Mingming Ma vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge.
Filigran und doch kraftvoll
Das Material hat bereits seine beachtliche Kraft dokumentiert, berichten die Forscher. Eine Folie mit einem Gewicht von 25 Milligramm kann demnach durch die Verformung beispielsweise ein Bündel Silberdraht bewegen, das dem zehnfachen des Eigengewichts entspricht. Diese mechanische Energie kann auch in Strom umgewandelt werden, wie die Wissenschaftler im Experiment gezeigt haben. Das gelingt durch zusätzliche Kopplung des Polymerfilms mit einem sogenannten piezoelektrischen Material. Wird dieses verformt, baut es elektrische Spannung auf, die genutzt werden kann.
Auf diese Weise könnte beispielsweise die Verdunstung auf der Haut des Menschen kleine elektronische Anwendungen mit Energie versorgen, meinen die Entwickler. Entsprechende Anlagen könnten aber auch beispielsweise die Energie der Luftfeuchtigkeit nutzen, die von Flüssen oder Seen aufsteigt. Um diese Visionen eines Tages Wirklichkeit werden zu lassen, tüfteln die Forscher nun weiter daran, ihr System so zu optimieren, dass es mechanische Energie noch effektiver in elektrische umwandeln kann.
Mingming Ma (Massachusetts Institute of Technology in Cambridge) et al.: Science, 10.1126/science.1230262 © wissenschaft.de
Martin Vieweg
