Zeitung Heute : Der Kunststoff mit dem Chamäleon-Trick

Der Tagesspiegel

Wer sich danach sehnt, aus dem dunklen Winter in den Frühling entlassen zu werden, freut sich über jeden Lichtstrahl. Aber wenn der Sommer kommt, kann die Hitze vor allem in glasverkleideten, lichtdurchfluteten Gebäuden schnell zur Qual werden. Und um sie zu mindern, werden meist energiefressende Klimaanlagen angeschaltet. Wenn jedoch die Wissenschaft weiter Fortschritte bei der Entwicklung „einstellbarer" Filter macht, dann wird sich dies bald ändern.

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung im Wissenschaftspark Golm bei Potsdam arbeitet so intensiv an diesem Thema, dass der Platz nicht mehr ausreicht. Am Mittwoch wurde daher auf dem Wista-Gelände in Adlershof eine Projektgruppe eröffnet. Sie entwickelt Materialien, die zwischen den Gläsern etwa von Lichtkuppeln angebracht werden können. Ihre Aufgabe: sie sollen sich bei genau voraus berechneter Temperatur präzise und schnell in ihrer Transparenz (oder Färbung) und damit in ihrer Filterwirkung ändern.

Vergleichbare Effekte werden seit Jahren erzielt – etwa in Brillengläsern, die bei starker Helligkeit einen Sonnenbrillen-Charakter bekommen. Aber die Geschwindigkeit des Ab- und Aufblendens ist gering, die Präzision des Schaltvorgangs auch.

Die Fraunhofer-Forscher nehmen hingegen Verbundglas, in dessen Inneren eine nur zwei Millimeter dünne Gelschicht ausgebreitet ist. Das Gel besteht zu einem großen Teil aus Wasser, darin befinden sich Netzwerke aus Kunststoffen, die unter den sich ändernden Bedingungen ihre molekulare Struktur anders ausrichten.

Der gewünschte Effekt etwa bei Glasdächern: Bis zu einer bestimmten Lufttemperatur im Inneren des Gebäudes bleiben die Gläser vollständig transparent, die hindurch fallenden Sonnenstrahlen erwärmen Böden, Wände und Möbel, wobei sie die Arbeit der Heizung unterstützen. Sobald jedoch der berechnete Temperaturwert erreicht ist, „schalten" die polymeren Netzwerke ohne fremdes Zutun um, ihre Transparenz verringert sich, bis das Glas zum Beispiel wie Pergament wirkt. Es bleibt zwar durchlässig für Helligkeit, die Wärmestrahlen werden jedoch reflektiert, das Gebäude heizt sich nicht mehr so stark auf.

Solche Effekte lassen sich bereits auf anderem Wege bewirken, und zwar durch elektrische Schaltungen – die vom Prinzip her etwa so wie eine Flüssigkristall-Anzeige im Taschenrechner funktionieren. Wird die darin enthaltene Substanz unter Strom gesetzt, richten sich Partikel zu Kristallen aus, die das Licht polarisieren. Belegt man eine Schicht der Anzeige ebenfalls mit einem (diesmal aber statischen) Polfilter, kommt es beim Ausrichten der Flüssigkristalle zu einer völligen Sperre für das Licht: es erscheint eine schwarze Zahl auf dem Display. Aber für große Fensterflächen ist diese Technik zu teuer. Das Gel-Glas jedoch käme mit einem Viertel des Geldes aus, betonen die Forscher.

In Zusammenarbeit mit einem Glashersteller haben die Wissenschaftler die ersten, etwa einen Quadratmeter großen Fenster hergestellt und getestet. Nun sollen größere Flächen, bis zu sechs Quadratmeter, folgen.

Damit sind die Aufgaben der Gele freilich noch nicht beendet. Sie könnten bei Konsumwaren sowie in der Industrie Warnfunktionen übernehmen. So merkt man bei großen, tonnenschweren Maschinenteilen oft erst viel zu spät, dass sie überlastet wurden und sich überhitzt haben. Um dies zu verhindern, müssten die Produktionsstraßen regelmäßig heruntergefahren und im Leerlauf kontrolliert werden – das unterbleibt oft aus Kostengründen.

Die Kunststoffe jedoch, die bei Temperaturänderungen wie ein Chamäleon ihre Farbe wechseln, könnten sofort auf diese Probleme aufmerksam machen. Und solche Polymere lassen sich sogar etwa in Presswerkzeuge aus Duroplast „einbauen", die dann dennoch hohen Belastungen standhalten.

Im Konsumbereich sind die Anwendungsgebiete noch viel größer, davon sind die Forscher überzeugt. Da ginge es ebenfalls um Warnungen vor Überhitzung, aber auch vor zu großer Kälte – für die Anwendung im Auto zum Beispiel bei Glatteisgefahr auf der Straße. Und in der Medizintechnik kann man damit etwa, über das Wärmebild von Körperteilen, Störungen der Durchblutung erfassen. Gideon Heimann

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