Material-Innovation – Das Chamäleon im 3D-Druck: Ein bahnbrechender Fortschritt im Bereich des 3D-Drucks wurde kürzlich vom Empa-Labor „Cellulose & Wood Materials“ erzielt: die Entwicklung eines farbwechselnden, elastischen und leitfähigen Materials, das zudem biologisch abbaubar ist.
Das neuartige Material besteht aus einem Mix von Hydroxpropyl-Cellulose, Wasser, Kohlenstoff-Nanoröhren und Cellulose-Nanofasern. Es weist die bemerkenswerte Fähigkeit auf, seine Farbe je nach Temperatur und Dehnung zu verändern – ganz ohne den Zusatz von Pigmenten.
Biologisch abbaubar, flexibel und farbwechselnd
Die Forscher verwendeten Hydroxypropyl-Cellulose (HPC) als Ausgangsstoff, welcher bereits in Pharmazeutika, Kosmetikartikeln und Lebensmitteln zum Einsatz kommt. Nach dem Hinzufügen von Wasser bildet HPC Flüssigkristalle, die in verschiedenen Farben schimmern, obwohl sie eigentlich farb- oder pigmentlos sind – ein Phänomen, das als strukturelle Färbung bekannt ist.
Die Forschungsgruppe um Gustav Nyström erkannte das Potenzial dieser strukturellen Färbung und fügte 0,1 Massenprozent Kohlenstoff-Nanoröhren zur Mischung hinzu, wodurch die Flüssigkeit elektrisch leitfähig wurde. Das ermöglicht es, die Temperatur – und somit die Farbe der Flüssigkristalle – durch das Anlegen einer elektrischen Spannung zu steuern. Dank der Zugabe von Cellulose-Nanofasern wurde die Mischung zudem 3D-druckbar.
Anwendungsmöglichkeiten und Ausblick
Die Forscher konnten mit Hilfe des 3D-Drucks verschiedene Anwendungsbeispiele für dieses neue Material demonstrieren, darunter einen Dehnungssensor, der seine Farbe je nach mechanischer Verformung verändert, sowie ein einfaches Display aus sieben elektrisch gesteuerten Segmenten.
„Das ist das erste Mal, dass wir ein Display auf Cellulose-Basis entwickeln konnten“, sagt Xavier Aeby, Co-Autor der Studie. In Zukunft könnte die Cellulose-basierte Tinte vielfältige Anwendungen finden, von Temperatur- und Verformungssensoren über die Kontrolle der Lebensmittelqualität bis hin zur biomedizinischen Diagnostik.
Nyström und sein Team sind entschlossen, weitere Anwendungsmöglichkeiten für ihr innovatives Material zu erforschen und möglicherweise sogar eine neue Ära des nachhaltigen, biologisch abbaubaren 3D-Drucks einzuläuten.
Das 3D-grenzenlos Magazin berichtet täglich über Entwicklungen wie diese und viele weitere im Bereich 3D-Druck und additiver Fertigung. Abonnieren Sie unseren kostenlosen Newsletter, um immer auf dem Laufenden zu bleiben. Mit diesem Thema und vielen anderen hält das 3D-grenzenlos Magazin Sie stets informiert.
