Amerikanische Forscher haben ein Material hergestellt, das sich unter starken Zugkräften verfärbt. Unter der Belastung brechen ganz bestimmte atomare Bindungen auf, was zu einem Farbumschlag des Kunststoffs führt. Reißt das Material, so ist das komplette Bauteil rot oder lila verfärbt, haben die Materialforscher um Douglas David von der Universität von Illinois in Urbana-Champaign herausgefunden. Bei dem mit Plexiglas verwandten Material aktiviert die einwirkende mechanische Dehnungsenergie die chemische Reaktion der Farbänderung. Damit ließen sich Sensoren bauen, die Materialbelastungen beispielsweise in Flugzeugen anzeigen. Forscher könnten auch selbstheilende Materialien entwickeln, in denen nach mechanischen Belastungen eine chemische Reaktion das Bauteil in den Ausgangszustand zurückwandelt, berichten die Forscher.
Die Forscher setzten für ihre Entwicklung zwei Substanzen geschickt zusammen: In die Polymerfäden von Plexiglaskunststoff fügten sie ein Molekül ein, das sich normalerweise unter Lichteinwirkung verfärbt. Bei Sonnenbrillen führen solche Substanzen beispielsweise zur Abdunkelung im Sonnenlicht. Das eingefügte Molekül besteht aus mehreren Ringen, die an bestimmten Stellen aufbrechen, wenn Licht einfällt oder mechanischer Zug einwirkt. Mit dem Auseinanderreißen der atomaren Verbindung an dieser Sollbruchstelle verfärbt sich der gesamte Kunststoff von farblos nach rot. Der Kunststoff hat so gewissermaßen einen Dehnungssensor eingebaut, erklären die Forscher.
Steigt die Zugbelastung weiter an, so reißt das nun rot gewordene Material entzwei. Die Forscher hoffen nun, den Kunststoff soweit modifizieren zu können, dass bei nachlassender Zugbeanspruchung Selbstheilungskräfte einsetzen: Die Moleküle klappen an ihren Sollbruchstellen wieder zusammen und stabilisieren den Kunststoff.
Die Wissenschaftler überlegen nun, welche weiteren chemischen Reaktionen sie durch mechanische Deformation in Gang bringen können. Sie müssen allerdings zwei wichtige Hindernisse noch meistern: Auch Licht und Wärme setzen diese Reaktionen in Gang. Das Material könnte in Fallschirmleinen und Kletterseilen eingesetzt werden oder in die Beschichtungen von Brücken eingearbeitet werden, wo es eine drohende Überbeanspruchung farblich signalisiert.
Douglas David (Universität von Illinois, Urbana-Champaign) et al.: Nature, Bd. 459, S. 68 ddp/wissenschaft.de ? Martin Schäfer
