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 Neu entwickeltes Molekül bindet Stickstoff
23.02.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Hoffnung auf Therapie von Multipler Sklerose: Neuer Mechanismus entdeckt
23.02.2018 | Universität Innsbruck

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: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Im Focus: Developing reliable quantum computers

International research team makes important step on the path to solving certification problems

Quantum computers may one day solve algorithmic problems which even the biggest supercomputers today can’t manage. But how do you test a quantum computer to...

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Von Hefe für Demenzerkrankungen lernen

22.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Sektorenkopplung: Die Energiesysteme wachsen zusammen

22.02.2018 | Seminare Workshops

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics