Ultradichte Polymerfolie verspricht Rekordschutz vor Korrosion

MIT-Forschende präsentieren eine extrem gasdichte Polymerfolie, die Metallstrukturen, Solarzellen und Bauteile schützen soll. Erste Tests zeigen ungewöhnliche Effekte – und wecken Erwartungen.

Ein Forschungsteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat eine extrem gasundurchlässige Polymerfolie entwickelt. Die nur wenige Nanometer dünne Schicht soll Bauteile, Solarzellen oder Infrastruktur langfristig vor Korrosion schützen. Auch Anwendungen in Elektronik und Verpackungstechnik sehen die Wissenschaftler als realistisch an. 

Laut einem Bericht im Fachmagazin Nature hat sich die Folie in Labortests als nahezu undurchdringbar für Stickstoff sowie weitere Gase erwiesen. Das Material erreiche eine Dichtigkeit, die bislang nur von atomar dünnem Graphen bekannt gewesen sei. Anders als Graphen lasse sich die neue Folie jedoch in größeren Mengen herstellen und auf verschiedenste Oberflächen aufbringen.

Keine Hohlräume

Das Material basiert auf sogenannten 2D-Polyaramiden, die sich aus melaminbasierten Monomeren selbstständig zu scheibenförmigen Strukturen ordnen. Diese stapeln sich über Wasserstoffbrückenbindungen zu stabilen, nanometerdünnen Schichten. Dadurch, so der Bericht weiter, entstünden dichte, flache Schichtverbünde ohne die typischen Hohlräume herkömmlicher Polymerketten. Die Konstruktion verhindere das Hindurchtreten selbst kleiner Gasatome.

Das MIT-Team hatte das Material im Jahr 2022 erstmals beschrieben und damals dessen Festigkeit untersucht. Ergebnis: 2DPA-1, so der Name des Polymers, erreiche eine höhere spezifische Festigkeit als Stahl und besitze nur ein Sechstel dessen Dichte. Bei den jüngsten Untersuchungen lag der Schwerpunkt auf der Gaspermeation – mit ungewöhnlichen Ergebnissen. In einem Test blieben aus dem Material gefertigte Mikroblasen über Jahre hinweg stabil – ein Verhalten, das klassische Kunststoffe nicht zeigen.

Potenzial für Bauteilschutz und Energietechnik

Im nächsten Schritt prüfte das Team mögliche Anwendungen. In Beschichtungsversuchen habe eine nur 60 nm dicke Schicht einen Perowskitkristall mehrere Wochen vor Degradation geschützt. Perowskite gelten als vielversprechende Materialien für künftige Solarzellen, weisen jedoch eine geringe Beständigkeit gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff auf. Die MIT-Gruppe sieht daher Chancen für kostengünstige, langlebige Schutzschichten, die sich skalieren und verarbeiten lassen.

Auch für die Maschinenbau- und Infrastruktursektoren ergeben sich Optionen: Die gasdichten Filme könnten Brücken, Gleisanlagen oder Fahrzeugkomponenten gegen Korrosion abschirmen. Ebenso denkbar ist der Einsatz im Verpackungsbereich, um die Haltbarkeit sensibler Güter wie Medikamente oder Lebensmittel zu verlängern. Da selbst Helium kaum durchtritt, wäre die Folie zudem für Sensorik und Vakuumanwendungen interessant.

Einsatz in der Elektronik denkbar

Die Forschenden demonstrierten außerdem einen nanoskaligen Resonator, der die Stabilität der Folie ausnutzt. Solche Resonatoren dienen als frequenzbestimmende Elemente in Kommunikationstechnik und könnten durch die geringe Größe energieeffizienter werden. Der Ansatz folgt dem Trend, elektronische Bauteile zu miniaturisieren und zugleich ihre Leistungsfähigkeit zu erhöhen.

Weitere Untersuchungen sollen klären, wie sich größere Flächen kostengünstig fertigen lassen und wie lange die Schutzwirkung unter realen Bedingungen anhält. Für industrielle Anwendungen wären reproduzierbare Herstellprozesse und robuste Beschichtungstechniken entscheidend. Die Forschenden gehen jedoch davon aus, dass sich die Polymerfilme in bestehenden Verfahren integrieren lassen.