Dank beweglicher Komponenten reagiert ein neues aktives Nanokomposit auf Temperaturveränderungen mit einem Farbwechsel. Zukünftig soll dies auch bei anderen äußeren Einflüssen wie chemischen Substanzen oder Giften möglich sein.
Bei höherer Temperatur (links) verteilen sich die Nanopartikel in den Tröpfchen – das Material wird rubinrot; bei niedriger Temperatur (rechts) ballen sie sich zusammen – das Material wird grau-violett.
INM
Wie bekommt man feste Partikel in einem festen Material dazu, sich zu bewegen? "In Stahl, Beton oder Kunststoff ist das selten erwünscht, denn freie Bewegung bedeutet eine potentielle Schwachstelle im Material. Deshalb haben wir in unser aktives Nanokomposit abgekoppelte Teilbereiche eingebaut, in denen sich die Partikel bewegen können, während der Rest stabil bleibt", erklärt Tobias Kraus, Leiter des Programmbereichs Strukturbildung am Leibnitz Institut für neue Materialien (INM).
Dafür bediente sich das Forschungsteam eines Tricks: Wie Rosinen in einem Wackelpudding verteilten sie in einem Kunststoff feinste Flüssigkeits-Tröpfchen, in die sie die Gold-Nanopartikel einlagerten. So können sich die Nanopartikel innerhalb jedes Tropfens in der Flüssigkeit frei bewegen. Das wäre nicht möglich, wenn sie als Partikel direkt im Festkörper verteilt wären. "Diese Partikel können sich nun in den Tropfen entweder eng zusammenballen oder im gesamten Tropfen frei verteilen. Die Farbe der Partikel ändert sich abhängig davon, wie weit sie voneinander entfernt sind, in unserem Fall zum Beispiel von Rubinrot nach Grau-Violett. Weil die Partikel sich wieder trennen können, ist die Farbänderung auch jeder Zeit umkehrbar", erläutert Professor Kraus.
Giftstoffe sichtbar machen
Mit dem bloßen Auge sind weder die Tröpfchen, noch die Nanopartikel darin sichtbar. Das gesamte Komposit ist durchscheinend und je nach Temperatur unterschiedlich farbig. "Damit eignet sich diese Entwicklung insbesondere, wenn durchsichtige Materialien erforderlich sind, zum Beispiel auf transparenten Folien", sagt der Materialwissenschaftler Kraus. Während das Zusammenballen der Partikel zurzeit über die Temperatur gesteuert wird, wollen die Wissenschaftler diese Wirkung in Zukunft auch durch chemische Substanzen erreichen. So könnten beispielsweise hohe Konzentrationen von Vitamin C oder auch von Giftstoffen für den Verbraucher direkt sichtbar gemacht werden. Die Ergebnisse publizierten die Wissenschaftler jüngst in der renommierten Fachzeitschrift Advanced Materials.