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02.07.2014

Druck macht rot

Neues Sensormaterial ändert bei Belastung seine Farbe

Starker Stress lässt so manchen Zeitgenossen rot anlaufen – ähnliches geschieht mit einem neuartigen Sensormaterial, das amerikanische Wissenschaftler nun vorgestellt haben: Das Material sieht im Normalzustand blau aus, verfärbt sich jedoch rot, wenn es mechanisch belastet wird. Die Technologie könnte etwa bei Crashtests eingesetzt werden, um besonders belastete Stellen im Material zu lokalisieren, erklären die Forscher von der Universität in Riverside.

Die Farbe des neuartigen Sensormaterials schlägt von Blau zu Rot um, wenn die Oberfläche mechanisch belastet wird. Grafik: Yin Lab, UC Riverside
Stresssensor, Grafik: Yin Lab, UC Riverside

Kernstück des Sensormaterials sind winzigste Goldpartikel, die sich durch ein spezielles Herstellungsverfahren von selbst zu langen Ketten anordnen. Die Goldteilchen werden in ein Gewebe aus langkettigen Molekülen, sogenannten Polymere, eingebettet. Dieses Kunststoffmaterial kann als fester Film auf verschiedene Oberflächen aufgetragen werden. Die regelmäßigen Ketten aus Goldpartikeln lassen die Oberfläche des Materials blau aussehen.

Wird der Kunststoff nun jedoch durch äußeren Druck verformt, so zieht es die Ketten aus Goldpartikeln auseinander. Dadurch ändern sich die optischen Eigenschaften des Materials, sodass es nun rot aussieht. Diese Veränderung hält auch dann noch an, wenn der mechanische Druck wieder wegfällt.

Das Material könnte beispielsweise bei Crashtest-Dummies eingesetzt werden, um mögliche Verletzungen leichter einschätzen zu können. Foto: lool / 123RF Stockfoto
Crash Test Dummie, Foto: 123RF Stockfoto

Die Wissenschaftler um Yadong Yin sprechen daher von einem "farbigen Stress-Erinnerungssensor". Die Kunststoffbeschichtung könnte daher beispielsweise auf einem Werkstück signalisieren, dass ein Material zu stark belastet worden ist.

Auf die Technik waren die Forscher eher zufällig gestoßen: Sie hatten an Verfahren gearbeitet, bei denen sich Goldpartikel selbsttätig zu langen Ketten anordnen und dabei beobachtet, wie die Farbe von Rot in Blau umschlug. Die umgekehrte Farbveränderung müsste daher eintreten, wenn die regelmäßige Anordnung der Goldpartikel wieder aufgehoben wird, vermuteten die Forscher. Genau diesen Effekt konnten die Wissenschaftler schließlich in ihrem Sensormaterial erzeugen.

Die Entwicklung ist zwar nicht die erste Technik, bei dem ein Material unter mechanischer Belastung seine Farbe verändert. Bisherige Systeme arbeiten jedoch meist nicht mit kompletten Farbumschlägen, sondern nur mit Farbveränderungen beispielsweise von einem hellen zu einem dunkleren Rot. Sie haben nur eine geringe Auflösung und sind gerade bei unebenen Oberflächen nur schlecht auszuwerten. (ud)