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Neue Kunststoffe mit Temperaturgedächtnis ermöglichen zukunftsweisende Anwendungen wie fernsteuerbare Katheter

Im Teltower Zentrum für Biomaterialentwicklung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) haben Wissenschaftler jetzt erstmals Kunststoffe mit Temperaturgedächtnis entwickelt. Der Clou dabei: Die Materialien verändern unter Hitzeeinwirkung ihre Form. Sie gehen dabei in ihre anfängliche Gestalt zurück, sobald die Temperatur, bei der sie zuvor deformiert wurden, wieder erreicht wird. Diese Funktion wird als Temperaturgedächtnis bezeichnet.

Der Kunststoff wird in einem ersten Schritt bei einer Temperatur zwischen 40 °C und 100 °C verformt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur verbleibt er in der neuen Form. Dann wird das deformierte Material erhitzt. Dabei zeigt sich, dass es seine ursprüngliche Form wieder annimmt, sobald die Temperatur seiner Verformung erneut erreicht wird.

Das Material verfügt also über ein „Gedächtnis“, das die Deformationstemperatur speichert. Die neuartigen, aktiv-beweglichen Temperaturgedächtnis-Kunststoffe sind aus kristallisierbaren Kettensegmenten aufgebaut, die chemisch miteinander verknüpft sind. Der außerordentlich breite Schmelzbereich dieser Kunststoffe erlaubt es, die Schalttemperaturen im Bereich von 0 °C bis 100 °C einzustellen.

Dem Temperaturgedächtnis-Effekt liegt zugrunde, dass die deformierte, temporäre Form der Kunststoffe nur über die kristallisierbaren Kettensegmente fixiert wird. Sie schmelzen bei der Deformationstemperatur auf und kristallisieren während der anschließenden Abkühlung wieder.

Die auf diese Weise entstandene temporäre Form ist so lange stabil, bis die Deformationstemperatur der Kunststoffe wieder erreicht wird. Denn dadurch schmelzen die fixierenden kristallinen Bereiche erneut auf und erlauben es dem Kunststoff so, seine ursprüngliche Form anzunehmen. Die Wissenschaftler rechnen vor allem mit Anwendungsmöglichkeiten in der Medizintechnik.

News Temperaturgedächtnis 20110906

Abbildung der Temperaturgedächtnis-Funktionalisierung

Die Abbildung verdeutlicht die Temperaturgedächtnis-Funktionalisierung eines Materials. Die Buchstaben werden bei Temperaturen von 40 °C, 60 °C und 80 °C verformt. Nach der Abkühlung auf Raumtemperatur bleiben die veränderten (hochgeklappten) Formen erhalten.

Das Material speichert dabei die Temperatur, bei der die Verformung eingetreten ist. Die ursprüngliche Gestalt der Buchstaben wird wieder hergestellt (herunterklappen), sobald die Deformationstemperatur durch Erhitzen des Materials neuerlich erreicht wird.

K. Kratz, S.A. Madbouly, W. Wagermaier, A. Lendlein, Temperature-Memory Polymer Networks with Crystallizable Controlling Units, Adv. Mater. 23 (35), 4058-4062 (2011) Zum Artikel

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