Forscher wollen Werkstoffe mit molekularen „Druckknöpfen“ besser verbinden
Druckknöpfe sind eine praktische Erfindung: Mit ihnen sind Taschen schnell zu verschließen und Jacken leicht zu zuknöpfen, umgekehrt aber auch einfach wieder zu öffnen. Ähnliches wollen Saarbrücker Wissenschaftler nun auch bei Werkstoffen anwenden, um diese besser miteinander zu verbinden. Die Forscher der Saar-Uni und des Leibniz-Instituts für Neue Materialen (INM) haben vor, ein molekulares Baukastensystem zu entwickeln, das molekulare Druckknöpfe verwendet, die nur etwa ein Nanometer groß sind. Die Volkswagenstiftung unterstützt das Projekt für drei Jahre mit über 500.000 Euro.
Für das molekulare Baukastensystem wollen die Materialforscher die Eigenschaften eines bestimmten Moleküls, des Cyclodextrin, ausnutzen, mit dem sie die Oberflächen von Werkstoffen überziehen wollen. „Die ringförmigen Cyclodextrin-Moleküle verbinden sich mit stäbchenförmigen Molekülen ähnlich wie bei Druckknöpfen“, erklärt Gerhard Wenz, Professor für Organische Makromolekulare Chemie der Universität des Saarlandes. „Im Unterschied zu den Knöpfen ist die Molekül-Verbindung jedoch nur etwa ein Nanometer groß.“ Mit Hilfe dieses Phänomens möchten die Forscher Werkstoffe konstruieren, die an einer Oberfläche haften, sich dort schwer verschieben lassen, aber wieder leicht von der Oberfläche abgezogen werden können.
Dafür nutzen sie die Reibung, die immer da entsteht, wo Festkörper oder Moleküle aufeinandertreffen. „Mittels des Rasterkraftmikroskops können wir die Reibung zwischen zwei Molekülen messen“, erläutert Professor Roland Bennewitz, Programmbereichsleiter Nanotribiologie am INM. „Mit dem molekularen Baukastensystem sind wir dann in der Lage, die Reibung zwischen zwei Werkstoffen gezielt zu steuern.“ Künftig könne die Reibung dann zum Beispiel durch elektrischen Strom oder Licht an- und ausgeschaltet werden. Damit könnten die Materialen wie bei einem Druckknopf zusammengehalten oder voneinander getrennt werden. In Zukunft könnten solche Materialien dann zum Beispiel bei industriellen Fertigungsprozessen eine Rolle spielen.
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