Selbstheilendes Material: Gerissene Schuhsohle repariert sich selbst

Schuhsohle gerissen? Weil es kaum noch Schuster gibt bietet sich nur eins an: Der Mülleimer. Künftig geht es auch mit einem Haarföhn. Einfach draufhalten und schon schließt sich der Riss wie von Zauberhand.

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Soweit ist es noch nicht, obwohl US-Forscher ein Material entwickelt haben, das sich selbst heilt. Bisher dauert das jedoch noch ein paar Stunden, wenn die Umgebungstemperatur bei 60 Grad Celsius liegt. Künftig soll es sogar bei Zimmertemperatur funktionieren.

Schuhsohle entsteht durch Fotopolymerisation

Die selbstheilende Schuhsohle besteht aus einem gummiartigen Material, das Qiming Wang, Assistenzprofessor an der Viterbi-Ingenieurschule der University of Southern California in Los Angeles gemeinsam mit seinem Team per 3D-Druck hergestellt hat. Sie wird Schicht für Schicht aus einem flüssigen Grundmaterial hergestellt, indem die Stellen, die erhalten bleiben sollen, mit ultraviolettem Licht bestrahlt werden. Auf Grund des physikalischen Effekts namens Fotopolymerisation wird die Flüssigkeit an den beleuchteten Stellen beinahe schlagartige fest. Zahnärzte härten mit der gleichen Technik Füllungen aus, die sie in Zähne pressen.

Es kommt auf ein ausgewogenes Gleichgewicht an

Bei der Fotopolymerisation findet eine Reaktion zwischen Licht und so genannten Thiolen statt, die dem flüssigen Ausgangsmaterial beigemischt wird. Eine mit diesen Ingredienzien hergestellte Schuhsohle repariert sich noch nicht selbst. Es müssen noch Disulfide her, die Heilungskräfte haben. Diese bilden sich durch Oxidation aus den Thiolen. Je mehr Disulfide auf diese Art entstehen desto größer die Selbstheilungskräfte. Das geht jedoch zu Lasen der Fotopolymerisation.

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„Wenn wir den Anteil an Disulfiden langsam erhöhen wird der Selbstheilungsprozess stärker“, sagt Assistenzprofessor Qiming Wang, der sich vor allem mit Materialien befasst, die sich zum 3D-Druck eignen. „Doch dann nimmt die Fotopolymerisationsfähigkeit ab.“ Die Kunst bestehe darin, ein ausgewogenes Gleichgewicht zwischen Thiolen und Disulfiden herzustellen. Bei den ersten Sohlen ist das schon ganz gut gelungen. Der 3D-Druck dauert gerade mal 20 Minuten.

Ziel ist die unkaputtbare Karosserie

Die Technik funktioniert auch bei anderen Bauteilen. Wangs Team demonstrierte das unter anderem an so genannten Soft Robotics, das sind beispielsweise Greifer aus weichem Kunststoff, die so zart zupacken, dass selbst rohe Eier nicht zerbrechen. Nächstes Ziel ist die Herstellung von Hartplastik, das sich selbst repariert. Es könnte für die Herstellung von unkaputtbaren Karosseriebauteilen verwendet werden.

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