Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Selbstfaltendes Origami

27.06.2017

Chemische Programmierung formt Nafion-Folie immer wieder neu

Ein Kunststoff mit tausend Gesichtern: Ein einziges Stück einer Folie aus Nafion reicht aus, um eine breite Palette komplexer 3D-Strukturen zu erzeugen. Forscher beschreiben in der Zeitschrift Angewandte Chemie, wie sie durch eine einfache chemische „Programmierung“ die Folie dazu bringen, sich selbsttätig analog Origami- und Kirigami-Faltprinzipien zu formen. Diese Faltungen können immer wieder „gelöscht“ und die Folie neu „programmiert“ werden.


Nafion-Folien-Origami durch Erhitzen

(c) Wiley-VCH

Wer kennt sie nicht, die Kraniche und Lotosblüten, die sich von geübten Händen fast mühelos aus einem Blatt Papier falten lassen. Origami nennt sich die traditionelle japanische Faltkunst, bei der Papier ohne Kleber zu komplexen dreidimensionalen Gebilden gefaltet wird. Kirigami ist eine verwandte Technik, bei der das Papier vor dem Falten mit gezielten Schnitten versehen wird. Prinzipien, die inzwischen auch in der Technik Verwendung finden.

Eine neue Variante präsentieren jetzt Adebola Oyefusi und Jian Chen von der University of Wisconsin-Milwaukee (USA): Sie „programmieren“ eine Folie aus Nafion chemisch so, dass sie sich bei Erhitzen von selbst in komplexe dreidimensionale Formen faltet und zudem immer wieder „umprogrammiert“ werden kann. Nafion ist ein Polymer, das sich Formen „merken“ kann. Eine gereckte Folie schrumpft bei Erhitzen in den Ausgangszustand zurück.

Der Trick: Nafion kann im sauren Milieu protoniert, im akalischen deprotoniert werden. Protoniert schrumpft gerecktes Nafion ab 100 °C, deprotoniert erst ab 260 °C. Solange man zwischen diesen Temperaturen bleibt, schrumpfen nur Bereiche, in denen das Nafion protoniert vorliegt.

Im deprotonierten Zustand ist das Nafion gegenüber Schrumpfen also „gesperrt“, im protonierten Zustand „entsperrt“. Das machen sich die Forscher zu Nutze, indem sie die für die Faltung benötigten Informationen in Form eines Musters aus entsperrten Bereichen in einer gereckten, mit Kalilauge gesperrten Nafion-Folie codieren. Das Muster wird als feine Linien mit Salzsäure „aufgemalt“. Durch Erhitzen über 100 °C schrumpft die Folie im Bereich der Linien und faltet sich entlang der als Falz wirkenden Linien.

Die Forscher stellten verschiedene einfache und komplexe Geometrien her, etwa einen Vogel und ein in der Technik gängiges Zickzack-Rippenmuster. Solarsegel für Satelliten werden z.B. in diesem Muster hergestellt. Sie können so platzsparend transportiert und vor Ort mit einer Bewegung auseinandergezogen werden. Durch einfache Säure-Base-Behandlung und Erhitzen ließen sich die programmierten Formen immer wieder „löschen“ und die Nafion-Folie erneut codieren und formen.

Die 3D-Strukturen aus Nafion können als Mutterformen verwendet werden. So lassen sie sich z.B. mit einem Kunststoff wie Polydimethylsiloxan abformen und diese Sekundärform verwenden, um Formteile aus den verschiedensten Materialien, wie Polymeren, Keramiken oder Metallen, herzustellen. Die variablen reprogrammierbaren Mutterformen sparen Zeit, Kosten und Abfall, da sie ohne ein aufwändiges Recycling direkt wiederverwendet werden können.

Angewandte Chemie: Presseinfo 25/2017

Autor: Jian Chen, University of Wisconsin-Milwaukee (USA), https://uwm.edu/chemistry/people/chen-jian/

Link zum Originalbeitrag: https://doi.org/10.1002/ange.201704443

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Karin J. Schmitz | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Berichte zu: Angewandte Chemie Folie Keramiken Kunststoff Origami Recycling Satelliten

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Treibjagd in der Petrischale
24.11.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Dinner in the Dark – ein delikates Wechselspiel der Mikroorganismen
24.11.2017 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Metamaterial mit Dreheffekt

Mit 3D-Druckern für den Mikrobereich ist es Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) gelungen ein Metamaterial aus würfelförmigen Bausteinen zu schaffen, das auf Druckkräfte mit einer Rotation antwortet. Üblicherweise gelingt dies nur mit Hilfe einer Übersetzung wie zum Beispiel einer Kurbelwelle. Das ausgeklügelte Design aus Streben und Ringstrukturen, sowie die zu Grunde liegende Mathematik stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Science vor.

„Übt man Kraft von oben auf einen Materialblock aus, dann deformiert sich dieser in unterschiedlicher Weise. Er kann sich ausbuchten, zusammenstauchen oder...

Im Focus: Proton-Rekord: Magnetisches Moment mit höchster Genauigkeit gemessen

Hochpräzise Messung des g-Faktors elf Mal genauer als bisher – Ergebnisse zeigen große Übereinstimmung zwischen Protonen und Antiprotonen

Das magnetische Moment eines einzelnen Protons ist unvorstellbar klein, aber es kann dennoch gemessen werden. Vor über zehn Jahren wurde für diese Messung der...

Im Focus: New proton record: Researchers measure magnetic moment with greatest possible precision

High-precision measurement of the g-factor eleven times more precise than before / Results indicate a strong similarity between protons and antiprotons

The magnetic moment of an individual proton is inconceivably small, but can still be quantified. The basis for undertaking this measurement was laid over ten...

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungen

Forschungsschwerpunkt „Smarte Systeme für Mensch und Maschine“ gegründet

24.11.2017 | Veranstaltungen

Schonender Hüftgelenkersatz bei jungen Patienten - Schlüssellochchirurgie und weniger Abrieb

24.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mathematiker-Jahrestagung DMV + GDM: 5. bis 9. März 2018 an Uni Paderborn - Über 1.000 Teilnehmer

24.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

24.11.2017 | Förderungen Preise

Treibjagd in der Petrischale

24.11.2017 | Biowissenschaften Chemie