Poren mit Erinnerungsvermögen

Ob Trennprozesse oder Photovoltaik, Katalyse oder moderne Elektronik: Poröse Polymer-Membranen sind für viele Bereiche von großem Interesse. Membranen, deren Mikroporen sich gezielt zwischen verschiedenen Formen und Größen schalten lassen, könnten ganz neue Perspektiven eröffnen. Wissenschaftler stellen jetzt ein Verfahren vor, mit dem sich poröse Filme aus Formgedächtnis-Polymeren mit präzisen Abmessungen effektiv herstellen lassen. Die Porenform und –größe lassen sich mit Licht reversibel verändern. Eine mechanische Deformation, wie sonst üblich, entfällt.

Für die Anfertigung ihrer lichtschaltbaren porösen Filme haben die Forscher von der East China University of Science and Technology, Shanghai, China, dem Georgia Institute of Technology, Atlanta, USA, sowie der Pusan National University, Busan, Südkorea, eine unkonventionelle Strategie entwickelt. Erfolgsgeheimnis ist ein einfacher Ansatz auf der Basis sogenannter Kondensationsmuster. Kondensationsmuster entstehen, wenn Wasserdampf auf einer kalten festen oder flüssigen Oberfläche in Form regelmäßig angeordneter winziger Tröpfchen kondensiert, etwa beim Anhauchen einer Fensterscheibe. Diesen Effekt nutzen die Forscher um Shaoliang Lin und Zhiqun Lin, um ein Block-Copolymer mit einem Wabenmuster aus hochgeordneten Poren herzustellen.

Der eine Block des Polymernetzwerks verfügt über Seitenketten, die auf Licht reagieren – dank ihrer Azobenzol-Einheiten, die bei Bestrahlung ihre Konformation ändern (cis-trans-Isomerisierung). Der andere Block kann quervernetzt werden, um die Konfiguration des Films zu fixieren. Bei Bestrahlung mit UV-Licht oder durch Erwärmen wechselt ein Teil der Azobenzol-Einheiten in die gewinkelte cis-Form, bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht nehmen die Einheiten bevorzugt die gestreckte trans-Form ein. Ist das sichtbare Licht linear polarisiert, richten sich die Seitenketten parallel zueinander aus. Es findet also eine Verschiebung von Material statt. Durch eine genaue Einstellung der Polarisationsrichtung konnten die Forscher die ursprünglich runden Mikroporen in eine Reihe verschiedener Formen bringen, z.B. abgerundete Rechtecke oder abgerundete Rhomben.

UV-Bestrahlung oder Erhitzen hebt die Ordnung der Seitenketten wieder auf und gibt den Poren ihre ursprüngliche Form und Größe zurück. Die Poren können immer wieder von Neuem umgeschaltet werden. Außerdem kann der Copolymer-Film auch zuerst durch Bestrahlung mit einer bestimmten Porenform versehen und anschließend quervernetzt werden, um lichtschaltbare Filme mit unterschiedlichen Porenformen zu erhalten.

Die Forscher versprechen sich von ihrem neuen Herstellverfahren robuste, schaltbare Filme für Elektronik und Photonik, für effiziente Trennungen und Reinigungsprozesse sowie als funktionale Biomaterialien für regenerative Therapien.