Zufallsfund: Luftfeuchtigkeit versetzt Kunststoff in Bewegung

Lichteinfall, elektrische Pulse oder sogar Schallwellen können spezielle Materialien in Bewegung versetzen. Völlig überraschend fanden nun japanische Forscher einen Werkstoff, der bei der Aufnahme geringer Wassermengen aus der Luft sich schnell verformen und sogar hüpfen konnte. Da sich die Aufnahme und Abgabe des Wasser mit Lichtpulsen steuern ließ, könnte dieses Material zu einem neuartigen Antrieb beispielsweise von kleinen, mobilen Sensoren genutzt werden, schreiben sie in der Fachzeitschrift „Nature Materials“.

„Das Material reagiert auf winzige Schwankungen der umgebenden Luftfeuchte und wandelt diese in mechanische Energie um“, sagt Takuzo Aida vom Center for Emergent Matter Science in Saitama bei Tokio. Er und seine Kollegen haben es eher zufällig entdeckt, als sie das organische Salz Guanidinkarbonat in einem Ofen bei 550 Grad trocknen wollten. Dabei entstand ein gelblicher Kunststofffilm aus Karbonnitrid, an den größere organische Molekülgruppe aus Heptazin andockten. Diesen flexiblen und doch stabilen Film konnten die Forscher mühelos von der Unterlage ablösen.

Beschichtet mit Gold, kroch der Kunststoff wie eine Raupe

Auf einen Tisch gelegt, fing dieser Kunststoff plötzlich an, sich zu bewegen. Nach einigen Versuchen erkannten Aida und Kollegen, dass für diesen Effekt die Feuchtigkeit der Luft verantwortlich war. So dehnte sich das Material, wenn es nur wenige Nanogramm Wasser aufnahm und neue Bindungen zwischen Wasser- und Kunststoffmolekülen aufgebaut wurden. Beleuchtet mit ultraviolettem Licht lösten sich die Bindungen wieder, das Wasser wurde abgegeben und der Kunststofffilm wellte sich überraschend schnell innerhalb von 50 Millionstel Sekunden. Bei dieser Bewegung hüpfte der Film sogar bis zu einen Zentimeter hoch. Beschichtet mit einer hauchdünnen Lage aus Gold, kroch der Kunststofffilm ähnlich wie eine Raupe.

Dieser durch die Aufnahme und Abgabe geringer Wassermengen verursachte Effekt konnte mehrere tausend Mal wiederholt werden, berichten die Wissenschaftler. So könnten sich diese Kunststofffilme als kleine, aber effiziente Kriechantriebe für kleine Objekte oder für sogenannte Aktuatoren eignen. Über kleine Lichtpulse ließe sich die Bewegung kontrollieren. (wsa)