Forschungsgruppe entwickelt neue Kunststoffklasse
Was in der Pflanzenwelt funktioniert, soll auch auf Kunststoffe übertragen werden: Eine Sonnenblume kann ihre Blüte der Sonnenbewegung folgen lassen. Nun will eine Forschungsgruppe an der Fakultät Angewandte Chemie der TH Nürnberg einen Kunststoff entwickeln, der bei Bestrahlung mit UV-Licht eine ähnliche Bewegung vollführt. Hierfür sollen flüssigkristalline Elastomere mit UV-aktiven Bestandteilen kombiniert werden, um eine neue Kunststoffklasse – die heliotropen Polymere – zu erhalten. Mögliche Anwendungsgebiete sind Solarkollektoren, Rollos, künstliche Muskeln, lichtbetriebene Motoren oder eine sich verändernde Blindenschrift. Die STAEDTLER Stiftung unterstützt das Forschungsprojekt mit fast 40.000 Euro.
Der heliotrope dunkelorange Polymerfilm richtet sich durch die Belichtung senkrecht auf.
Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm
Das Projekt unter der Leitung von Prof. Dr. Gerd Wehnert läuft bis Mai 2015. Es basiert auf Vorarbeiten, die seine Arbeitsgruppe im Rahmen des Bionik Projekts "BIOSOL" durchführte, bei dem am POF-Anwendungszentrum der TH Nürnberg eine automatische Selbstzentrierung von Lichtleitern im Tageslichtsystem „Sollektor“ realisiert werden soll. Prof. Dr. Gerd Wehnert beschreibt die neue Kunststoffklasse wie folgt: „Heliotrope Polymere sind Polymere, die sich auf Grund von Lichteinstrahlung bewegen. Der Begriff Heliotropie ist der Pflanzenphysiologie entnommen und bedeutet ‚sich nach der Sonne drehen‘. Daher werden Polymere, die in der Lage sind, auf Grund von Lichteinstrahlung Gestaltänderungen zu vollziehen, heliotrop genannt.“
Da Polymere keinen zellulären Aufbau besitzen, müssen hier so genannte photoaktive Bestandteile in die Polymerkette eingefügt werden. Als photoaktiver Bestandteil dient Azo-Benzol. Unter Normalbedingungen hat Azo-Benzol eine gestreckte Struktur. Wird es mit UV-Licht bestrahlt, geht die gestreckte Form des Azo-Benzols in eine gewinkelte Struktur über, was sich in einer Verkürzung des Moleküls und des Gesamtsystems widerspiegelt.
Im Rahmen des Forschungsprojekts, für das beim Europäischen Patentamt bereits eine Anmeldung erfolgt ist, synthetisieren die Forscher der TH Nürnberg dieses Material und untersuchen dessen Bewegungsfähigkeit bei UV-Bestrahlung. Hierbei soll ein Material entstehen, das die Grundlage für zahlreiche interessante Anwendungen darstellen könnte. Prof. Dr. Wehnert beschreibt mögliche Anwendungen so: „Denkbar wäre es zum Beispiel, Solarkollektoren oder Lichtleitersysteme dem Sonnenstand automatisch nachzuführen. Nach einem ähnlichen Konzept könnten Rollos entwickelt werden, die sich automatisch bei Lichteinstrahlung dimmen. Sensor und Aktor wären hier in einem Kunststoff vereint.“ Diese Systeme bräuchten keinen aufwändigen sensorischen und mechanischen Aufbau und wären ganz ohne elektrischen Strom funktionsfähig. In einem anderen Anwendungsansatz könnte durch dosierte Lichtimpulse eine gezielte Bewegung oder Formveränderung erzwungen werden. Konkrete Anwendungen wären hier zum Beispiel künstliche Muskeln, lichtbetriebene Motoren oder sich verändernde Blindenschrift.
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