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Werkstoffkunde: Selbstheilende Materialien

Wenn Werkstoffe versagen, müssen sie kostspielig ausgetauscht werden. Wäre es da nicht besser, sie könnten sich wie biologische Systeme selbst reparieren? Bei Kunststoffen ist das tatsächlich möglich und im Labor schon mit den verschiedensten Methoden gelungen.
Selbstheilende MaterialienLaden...
Nichts hält für die Ewigkeit. Jeder von Menschenhand geschaffene Gegenstand, sei es ein Auto oder ein Brückenpfeiler, hat nur eine begrenzte Lebensdauer und muss, damit er nicht frühzeitig seinen Dienst versagt, regelmäßig inspiziert und bei Bedarf repariert werden – meist durch Austausch beschädigter Teile. Biologische Systeme lösen das Problem eleganter: Sie erkennen innere oder äußere Schäden im Allgemeinen automatisch und beheben sie ohne großen Aufwand durch Selbstheilung. Damit wecken sie den Neid und den Nachahmungstrieb der Werkstoffkundler.

Unsere eigene Forschergruppe ist nur eine von vielen weltweit, die Polymeren, Verbundwerkstoffen und anderen synthetischen Materialien die Fähigkeit verleihen möchten, sich selbst zu reparieren, wenn sie gerissen oder gebrochen sind. Allein mit Material, das sie bereits enthalten, sollen sie ihre ursprüngliche Funktionalität wiederherstellen können. Dieser Ansatz eröffnet ganz neue Möglichkeiten, Produkte und Komponenten sicherer und langlebiger zu gestalten.

Wie läuft die Selbstheilung bei biologischen Systemen ab? An einer verletzten Stelle entzündet sich das Gewebe, und ausgetretenes Blut gerinnt. Dann beginnen die benachbarten Zellen zu wuchern. Dabei erzeugen sie eine Gerüstsubstanz ("Matrix") für die eigentliche Regeneration ("Reparatur"). Zum Schluss wächst durch Umbau dieser Matrix das neue Gewebe nach und füllt die Wunde aus. Der gesamte Vorgang kann sich je nach Schwere der Verletzung über längere Zeiträume hinziehen – von Wochen über Monate bis teilweise sogarJahre.

Die bisher erprobten künstlichen Systeme ahmen diese Ereignisfolge nach, allerdings ...
März 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft März 2012

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  • Quellen

Blaiszik, B. J. et al.: Autonomic Recovery of Fiber/Matrix Interfacial Bond Strength in a Model Composite. In: Advanced Functional Materials 20, S. 3547 – 3554, 2010

Bond, I. P. et al.: Self-Healing Fiber-Reinforced Polymer Composites. In: MRS Bulletin 33, S. 770 – 774, 2008

Gragert, M. et al.: Azide/Alkyne-»Click«-Reactions of Encapsulated Reagents: Toward Self-Healing Materials. In: Macromolecular Rapid Communications 32, S. 419 – 425, 2011

Haase, T. et al.: Selbst heilende Polymere. In: Berichte aus dem Konstruktiven Ingenieurbau 6, S. 225 – 230, 2010

Hager, M. D. et al.: Self-Healing Materials. In: Advanced Materials 22, S. 5424 – 5430, 2010