Wearables wie Smartphones und Smartwatches erfreuen sich großer Beliebtheit. Doch ein kleiner Unfall ist schnell passiert und der Technikspaß dann nur von kurzer Dauer. Ein neues Material soll da nun Abhilfe schaffen, indem es zwei an sich unvereinbare Eigenschaften kombiniert - es ist flexibel und hart zugleich.
Einige Wissenschaftler der University of California, Merced, haben ein künstliches Polymer mit genau diesen Eigenschaften entwickelt und wurden dabei - kein Scherz - von Maisbrei inspiriert.
Warum es wichtig ist: Die Entwicklung spezialisierter Materialien für Wearables wie Smartwatches oder medizinische Gerätschaften macht gesundheitsunterstützende Gadgets attraktiver und vor allem alltagstauglicher.
Im Detail: Das Wissensmagazin ScienceAlert berichtete am 14. April 2024 über die Entdeckung der eingangs erwähnten Forscher. Der Artikel bezieht sich dabei auf eine Präsentation des ACS (American Chemistry Society) auf seiner Spring 2024 Expo im März. Dort wurde unter anderem über sogenannte konjugierte Polymeren (CPs) berichtet. Das sind:
- Materialien mit besonderen elektrischen wie optischen Eigenschaften
- Sie besitzen oftmals Halbleitereigenschaften
- Hohe mechanische Robustheit
So beschreiben es die Forscher: Ihr könnt euch das Material laut Yue (Jessica) Wang, Materialwissenschaftlerin und Leiterin des Projekts, etwa so vorstellen:
Wenn ich Maisstärke und Wasser langsam umrühre, bewegt sich der Löffel leicht. Aber wenn ich den Löffel herausnehme und dann in die Mischung steche, geht der Löffel nicht wieder hinein. Es ist, als würde man auf eine harte Oberfläche stechen.
Sehenswert: Das MIT hat hierzu bereits vor vier Jahren ein zweiminütiges Video veröffentlicht. Sie erklären in Kürze, warum diese Eigenschaft für die Wissenschaft so interessant ist:
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Der Bericht sagt aus, dass sich Wangs Team ebenfalls vom amerikanischen cornstarch slurry
– also Maisstärke-Brei – bei ihrer Arbeit inspirieren ließ. Sie haben daher versucht, diese Eigenschaft bei ihrem neuen Material nachzuahmen.
Zutat aus der Küche als Inspiration für widerstandsfähiges Material
Polymer statt Maisstärke: Im Falle der Präsentation auf der Expo des ACS geht es weniger um Maisstärke, sondern vielmehr um eine Art Reproduktion dieses Effekts in Kombination mit synthetischem Material, welches, wie eingangs erwähnt, elektrische und mechanische Eigenschaften besitzt.
Ihr Experiment: Die Forscher stellen eine wässrige Lösung aus vier Polymeren her. Dabei verwenden sie Poly(2-acrylamido-2-methylpropansulfonsäure), Polyanilinmoleküle und eine leitfähige Kombination namens Poly(3,4-ethylendioxythiophen)polystyrolsulfonat – genannt PEDOT:PSS.
Für Interessierte: Ein Polymer ist eine chemische Verbindung, die aus Ketten oder verzweigten Molekülen besteht. Diese Moleküle bestehen wiederum aus gleichen oder gleichartigen Einheiten (genannt Monomere). Polymer bedeutet übersetzt aus vielen gleichen Teilen aufgebaut
.
Vereinfacht gesagt - Die Forscher experimentierten so lange mit Polymeren, bis sie die richtige Mischung herausfanden, welche:
- bei schnellen Stößen nicht auseinanderbricht, sondern sich verformt oder dehnt.
- leitfähig ist dank Beigabe von 10 Prozent PEDOT:PSS
Das ist neu: Die grundsätzliche Technologie dahinter gibt es schon länger. Allerdings gibt es einen entscheidenden Unterschied zum neuen Material. So erzählt Professor Di Wu in einem Video der ACS:
Das Material wird zäher und stärker, wenn damit plötzliche Bewegungen gemacht werden – aber es verliert nicht seine Flexibilität im Alltag.
Nur als Kombi stark: PEDOT:PSS ist alleine nicht in der Lage, sich derart zu verformen. Die richtige Mischung macht es also. Hier könnt ihr euch das Video der ACS-Konferenz selbst ansehen:
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Forscher sehen großes Potential im Gesundheitswesen
Laut Professor Wus Aussagen im Video sind die Ziele der Forscher hoch gesteckt:
Wir wollen polymer-basierte Elektronikartikel leichter, günstiger und schlauer machen.
Zukunftsausblick: Ihr Material soll den Wissenschaftlern zufolge bald mit Wearables wie Smartwatches kombiniert werden. Dort könnte es zum Beispiel in Armbändern und Rückseitensensoren zum Einsatz kommen. Doch nicht nur das.
Weitere medizinische Anwendungsmöglichkeiten laut den Forschern:
- Herzkreislauf-Sensoren
- Kontinuierlich messender Glucose-Sensor
- Im 3D-Druck für Prothesen geeignet
Mit anderen Worten könnten Bio-Sensoren in Zukunft flexibler gestaltet und noch widerstandsfähiger gegen alltägliche Strapazen und Beschädigungen gemacht werden.
Wir können also gespannt bleiben, welche technischen Errungenschaften auf Basis dieses Materialprinzips uns in Zukunft auf dem Markt begegnen werden.
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