Forschung

ETH-Forscher entwickeln selbstformendes Material

Kiefernzapfen standen Paten für dieses neuartige Verbundmaterial, das aus unterschiedlichen Lagen zusammengesetzt ist, welche sich verschieden stark verformen können.

Kiefernzapfen standen Paten für dieses neuartige Verbundmaterial, das aus unterschiedlichen Lagen zusammengesetzt ist, welche sich verschieden stark verformen können.

Forscher der ETH Zürich haben sich einen simplen Föhrenzapfen zum Vorbild genommen, um ein neuartiges Verbundmaterial zu erschaffen: Wird es feucht, dreht es sich in eine vorbestimmte Form.

Wie von Geisterhand schliessen sich Föhrenzapfen, wenn sie feucht werden - und öffnen sich beim Trocknen, um Samen freizusetzen. Die Bewegung der Schuppen wird durch zwei fest verbundene Schichten aus quellbarem Material ermöglicht. Diese dehnen sich bei Feuchtigkeit unterschiedlich stark aus, da sie verschieden ausgerichtete starre Fasern enthalten. Bei Nässe dehnt sich daher nur eine der beiden Lagen in Längsrichtung der Schuppe aus und krümmt sich auf die andere Seite.

Dieses Prinzip hat ein Team der ETH um André Studart, Professor für Komplexe Materialien, nun imitiert, um ein künstliches Verbundmaterial mit vergleichbaren Eigenschaften herzustellen, wie die Online-Plattform «ETH Life» am Mittwoch schrieb. Das quellbare Grundmaterial ist Gelatine. Dieser gaben die Forscher als starre Komponente feinste Aluminiumoxidpartikel bei, die zuvor mit Eisenoxid-Nanoteilchen beschichtet wurden, um sie magnetisch zu machen. Die Partikel richteten die Forscher per Magnetfeld in eine Richtung aus. Auf die abgekühlte und ausgehärtete erste Schicht gossen sie eine zweite mit gleicher Zusammensetzung, deren starren Elementen die Forscher allerdings eine andere Richtung gaben.

Schweineschwänzchen und Spiralnudeln

In Streifen geschnitten, biegt oder dreht sich das Material unter Feuchtigkeitseinfluss in verschiedene Richtungen - je nach Schnittrichtung mal geringelt wie Schweineschwänzchen, mal eher wie Spiralteigwaren. Dies berichten die Forscher im Fachblatt «Nature Communications».

Gerade solche Drehbewegungen waren bisher laut Studart in künstlichen Materialien schwierig zu erreichen. «Biegebewegungen», sagt er, «sind relativ einfach.» Bi-Metallverbindungen, die sich je nach Temperatur verbiegen, finden beispielsweise in Thermostaten breite Anwendung. Die neue Methode ist allerdings weitgehend materialunabhängig. Deshalb können damit potenziell alle Materialien, die auf äussere Reize reagieren, selbst-verformbar gemacht werden.

Anwendungen sehen die Forscher zum einen bei Keramikteilen, die sich selbst in Form bringen, statt dass man sie in Formen pressen muss. Ein anderes Einsatzgebiet wären Implantate, die sich erst an ihrem Einsatzort im Körper entfalten und genau einpassen würden. «Im Idealfall wären diese auch biologisch abbaubar», sagt Studart.

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