Aktives Nanokomposit mit beweglichen Partikeln

Eingeschlossene Flüssigkeitströpfchen ändern die Farbe fester Materialien

9. Oktober 2018

Dass sich in einem festen Werkstoff Partikel bewegen, ist äußerst ungewöhnlich. Für Wissenschaftler am Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken war die Fragestellung Ausgangspunkt für eine herausragende Entwicklung, die jüngst in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Materials vorgestellt wurde. Ziel der Forscher war es, ein transparentes Material durch Farbwechsel auf Temperaturveränderungen und zukünftig auch auf andere äußere Einflüsse, wie chemische Substanzen und Gifte reagieren zu lassen.

Flüssigkeits-Tröpfchen mit eingelagerten Gold-Nanopartikeln

Um feste Partikel in einem festen Material bewegen zu können, mussten Teilbereiche geschaffen, in denen sich Festkörper bewegen können. Ein Forscherteam um Prof. Tobias Kraus (Leiter des Programmbereichs Strukturbildung am INM) verteilte in einem Kunststoff feinste Flüssigkeits-Tröpfchen, in die sie Gold-Nanopartikel einlagerten. “Diese Partikel können sich nun in den Tropfen entweder eng zusammenballen oder im gesamten Tropfen frei verteilen. Die Farbe der Partikel ändert sich abhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind, in unserem Fall zum Beispiel von Rubinrot nach Grau-Violett. Weil die Partikel sich wieder trennen können, ist die Farbänderung auch jeder Zeit umkehrbar”, erläutert Professor Kraus.

Die Dimension der Tröpfchen wurde so gewählt, dass weder sie noch die enthaltenen Nanopartikel mit dem bloßen Auge zu erkennen sind. Der Verbundwerkstoff ist vollkommen transparent und weist eine Farbigkeit auf, die sich je nach Temperatur verändert. “Damit eignet sich diese Entwicklung gerade auch, wenn durchsichtige Materialien erforderlich sind. So können wir uns das Material auch sehr gut auf transparenten Folien vorstellen”, sagt der Materialwissenschaftler Kraus. Während das Zusammenballen der Partikel zurzeit über die Temperatur gesteuert wird, wollen die Wissenschaftler die Wirkung in Zukunft auch durch chemische Substanzen erreichen. “Dann könnte man zum Beispiel hohe Konzentrationen von Vitamin C oder aber auch von Giftstoffen für den Verbraucher direkt sichtbar machen”, wagt Kraus einen Blick in die Zukunft.

Die Originalpublikation ist erschienen in Advanced Materials unter: www.doi.org/10.1002/adma.201803159

www.leibniz-inm.de

Bild: Bewegliche Partikel in eingeschlossenen Flüssigkeitströpfchen ändern die Farbe fester Materialien: Bei höherer Temperatur (links) bewegen sie sich einzeln in den Tropfen und geben dem festen Material eine rubinrote Farbe; bei niedriger Temperatur (rechts) ballen sich zusammen und verändern die Farbe zu Grau-Violett. (Quelle: INM)