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Materialwissenschaft: Kompositmaterial heilt auch unter Stress

Amerikanische Wissenschaftler haben ein Material konstruiert, das Schäden auch unter Belastung selbst ausheilen kann. Der Stoff besteht aus einem Spezialkunststoff mit Formgedächtnis, in den Licht leitende Fasern eingebettet sind. Ein Laser, der an dieses Glasfasernetz angeschlossen ist, detektiert Schäden im Material und heilt sie gleichzeitig aus.

Konventionelle selbstheilende Materialien enthalten entweder chemische Verbindungen mit reaktionsfreudigen Gruppen oder auch kleine Behälter mit einem Kleber. Diese Verfahren brauchen allerdings Zeit zum Wirken und können Risse nicht während ihrer Ausbreitung stoppen. Der neue Stoff, entwickelt von einem Team um Henry Sodano von der Arizona State University in Phoenix, nutzt dagegen den Umstand, dass beschädigte Lichtleitfasern an der Schadstelle Energie verlieren.

Entsteht ein Riss im Material, werden auch die Fasern in Mitleidenschaft gezogen, was das Lasersystem als Abfall der Lichtintensität feststellt. Ein Schaltkreis regelt die Lichtstärke dann so weit hoch, dass die austretende Laserstrahlung die Spitze des Risses erwärmt. Der umgebende Kunststoff erweicht und verformt sich plastisch, so dass die Kräfte an der Spitze des Risses sich besser verteilen und seine Ausbreitung gestoppt wird.

Dank des Formgedächtnisses des Kunststoffs kehrt das Werkstück auch im beschädigten Zustand in seine Ausgangsform zurück. So kann der Riss durch weitere Laserpulse komplett ausgeheilt werden, sobald die Belastung nachlässt. Wie Experimente zeigen, gewinnt das Kompositmaterial auf diese Weise 96 Prozent seiner vorherigen Stärke zurück. (lf)

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