Molekulare Farbstofffeder Wie Spannungen in Kunststoff-Bauteilen sichtbar werden

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Bisher konnten Farbstoff-Marker nur die An- oder Abwesenheit von Spannungen in Kunststoffen anzeigen. Forscher der TU Chemnitz und der Universität Freiburg haben jetzt ein neues Farbstoffmolekül konstruiert. Es kann die Stärke der Spannung farblich visualisieren – zu jedem Zeitpunkt.

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Das neue Farbstoffmolekül bringt überall dort große Vorteile, wo jederzeit die Belastung und damit auch die Integrität des Materials überwacht werden muss. Im mechanischen Experiment unter Verwendung eines Testkörpers ist die stufenlose Abbildung von verschieden großen Kräften gelungen.
Das neue Farbstoffmolekül bringt überall dort große Vorteile, wo jederzeit die Belastung und damit auch die Integrität des Materials überwacht werden muss. Im mechanischen Experiment unter Verwendung eines Testkörpers ist die stufenlose Abbildung von verschieden großen Kräften gelungen.
(Bild: TU Chemnitz)

Nach Angaben der TU Chemnitz können mit dem neuen Farbstoffmolekül aus dem Bereich sogenannter „Mechanophore“ Bauteilspannungen je nach Stärke stufenlos durch Farbänderungen angezeigt werden. Das Konzept solcher Farbstoffe sei nicht neu, allerdings konnten bisherige Mechanophore meist nur die An- oder Abwesenheit von Spannungen in Kunstoffen anzeigen, heißt es. Durch die aktuelle Forschung komme nun die Dimension der tatsächlichen Stärke der Spannung hinzu. Die Ergebnisse der Untersuchung sind im Fachjournal „Nature Communications“ erschienen.

Stufenlose Abbildung von verschieden großen Kräften

Wie die Forscherinnen und Forscher in ihre Veröffentlichung berichten, können durch die Kombination des molekular designten Farbstoffes mit einem nicht-spröden Kunststoffe makroskopische Kräfte nun auf die molekulare Skala übertragen werden. Diese einwirkenden Kräfte können zum Beispiel Druck oder Zug sein.

Das Farbstoffmolekül „fühlt“ die Kraft, die innerhalb des Kunststoffes wirkt, und zeigt Kraftänderungen durch Änderungen der Farbigkeit an. Nimmt die Kraft auf den Kunststoff ab, geht das Farbstoffmolekül wieder in seinen Ausgangszustand zurück. Daher wird dieser Farbstoff auch als „molekulare Feder“ bezeichnet.

Dies ist ein großer Schritt in Richtung der direkten Sichtbarmachung von externen Spannungen und Eigenspannungen von Kunstoffen mit einfacher Analytik, was für die weitere Entwicklung von Materialien mit verbesserten mechanischen Eigenschaften oder im Bereich des 3D-Drucks von großem Nutzen sein kann

Prof. Dr. Michael Sommer, Inhaber der Professur Polymerchemie der TU Chemnitz

Laut TU Chemnitz werden sich zukünftige Anstrengungen darauf konzentrieren, die molekularen Kraftfedern für die Anwendung in verschiedenen Kunststoffen anzupassen.

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