Verbundmaterial und Sensoren bekommen blaue Flecken: Bei starkem Druck ändert ein Molekül seine Farbe

Wer eine schmerzhafte Begegnung mit einer gegnerischen Faust hat, bekommt einen blauen Fleck. Die Trefferstelle ist damit genau markiert. Wenn ein technisches Bauteil beispielsweise von einem Vogel getroffen oder mit einem anderen Hindernis kollidiert, ist oft nichts zu sehen, obwohl innere Schäden nicht ausgeschlossen werden können. Also muss das gesamte Bauteil Zentimeter für Zentimeter inspiziert werden.

Suche nach einem empfindlicheren Molekül

Es gibt Moleküle, die sich verfärben, wenn sie mechanisch gestresst werden, doch die dazu nötige Kraft ist so groß, dass Schäden mit dem bloßen Auge zu erkennen wären. Das ließ Forscher des National Research Council of Science & Technology (KIST) in Südkorea nicht ruhen. Sie begaben sich auf die Suche nach einem empfindlicheren Molekül, das man Beton, Faserverbundwerkstoffen und anderen Materialien beimischen kann.

Künstliche Alterung

Spiropyran hat so genannte photochrome Eigenschaften. Es verfärbt sich, wenn eine Kraft darauf einwirkt. Doch es ist eine Verformung von wenigstens 500 Prozent nötig, damit der Effekt auftritt. Jaewoo Kim vom KIST- Institut für fortgeschrittene Verbundwerkstoffe und seinem Team ist es gelungen, die Sensitivität des Moleküls drastisch zu erhöhen. Die Forscher fügten dem Spiropyran ein Lösungsmittel hinzu, das das Molekül gewissermaßen vorzeitig altern ließ. Genauso wie die Haut von alten Menschen empfindlicher wird – oft genügt schon ein leichter Druck mit dem Daumen, um einen blauen Fleck hervorzurufen –, verbesserte sich auch die Sensitivität des Indikators. Sie stieg um stolze 850 Prozent. Das war das Ergebnis von Versuchen mit unterschiedlichen Arten der Belastung wie Druck, Zug oder Verbiegung.

Jetzt geht es um künstliche Haut

„Wir haben einen Prozess entwickelt, der die Mechanosensitivität von stressempfindlichen intelligenten Polymermaterialien auf Spiropyranbasis dramatisch verbessert“, sagt Kim. „Auf dieser Grundlage planen wir, uns einer Folgestudie zu widmen, in der wir die Technologie auf futuristische tragbare Sensoren und künstliche Haut anwenden.“

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