Display-Schäden vielleicht bald Vergangenheit: Selbstheilendes 3D-Druck-Gel könnte Reparatur defekter Handy-Bildschirme ersparen

Forscher der Universität Melbourne haben ein selbstheilendes Gel für mobile Geräte entwickelt. Mit diesem 3D-Druck-Gel könnte es in Zukunft möglich sein, defekte Handy-Bildschirme ohne kostspielige Reparatur selbst instandzusetzen.

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Manchem von Ihnen ist es bestimmt schon mal passiert, dass das Smartphone oder Tablet zu Boden fiel und der Bildschirm einen Riss oder noch größere Beschädigungen aufwies. Schnell werden Sie gemerkt haben, dass die Reparatur eines solchen Schadens durchaus kostspielig ist.

Forscher der Universität Melbourne entwickelten jetzt ein innovatives Material, das ursprünglich für den 3D-Druck vorgesehen war. Das selbstheilende Gel basiert auf einer Polymer-Substanz, mit dem sich Schäden – ähnlich wie an lebendem Gewebe – regenerieren sollen. Das Material trägt die Bezeichnung Polyhydroxyethylmethacrylat und ist das Basispolymer, das bei der Herstellung von Kontaktlinsen verwendet wird. Die regenerativen Eigenschaften können nicht nur für die Instandsetzung von Handy- und Tablet-Bildschirmen, sondern auch für andere Objekte, die Stress ausgesetzt sind, verwendet werden, so beispielsweise bei Fahrzeugen.

Gesplittertes Smartphone Display
Das gesplitterte Display eines Handys. (Bild: © Wikimedia)

Zu den Experten, die das Material für den 3D-Druck an der zur Universität Melbourne gehörenden School of Engineering entwickelt haben, gehören unter anderem Dr. Luke Connal und Dr. Zeyun Xiao, die Federführung des Projektes lag bei der Doktorandin Milena Nadgorny. Veröffentlicht wurde die Forschung im Journal„Royal Society of Chemistry Molecular Systems Design & Engineering“.

In dem Papier ist zu lesen, dass dieses „selbstheilende Material in der Lage ist, sich von Schäden zu erholen und seine Funktionalität wiederherzustellen, genau wie die natürliche Fähigkeit von Lebewesen, ihre Gewebe zu reparieren … Diese einzigartige Eigenschaft bietet die Möglichkeit, die Lebensdauer der Produkte zu verlängern, welche in der Regel durch mechanische Ausfälle begrenzt ist.“

Grundlage für den Heilungsprozess ist die kovalente Chemie. „Das heißt, wir können chemische Bindungen bilden, brechen und reformieren“, erläutert Dr. Connal. „Wenn wir dies in einer kontrollierten und ausgelösten Weise tun können, können wir die Eigenschaften der gedruckten Objekte manipulieren.“

Verschiedene Stadien der Selbstheilung
Verschiedene Stadien der Selbstheilung des Materials. (Bild: © University of Melbourne)

Dieses Projekt stellt ein weiteres Beispiel für den „4D-Druck“ dar, bei dem im Vergleich zum 3D-Druck als vierte Komponente Material zum Einsatz kommt, das seine Eigenschaften im Laufe der Zeit ändert. Das Gel kann auf seine Umgebung spezifisch reagieren und seine Form und Struktur der Temperatur, Feuchtigkeit, eventuell vorhandener Säure und weiterer Kriterien anpassen.

Das Gel selbst besitzt eine Textur, die Zahnpasta ähnelt. Wenn sie für den 3D-Druck eingesetzt wird, kann sie wie Flüssigkeit fließen und ist in der Lage, eine feste Form zu bilden. „Wir haben ein chemisches Mittel eingeflößt, das dieses Polymer dynamisch macht“, so Dr. Connal. „Das bedeutet, dass es das Gel stärkt, aber bei einer Stimulierung, z. B. bei einem Säurewechsel, können wir das Gel schwächen, und wir kehren das Prinzip um – die Heilung von Rissen im Material.“

Mit diesen dynamischen Eigenschaften ist es möglich, vorhandene Schäden zu heilen. Um einen Schaden am Handy-Bildschirm oder beispielsweise an der Autotür zu beheben, wäre dann nur ein Stimulus, also ein stimulierendes Mittel wie beispielsweise Wärme oder etwas Feuchtigkeit, notwendig.

Bevor das Gel allerdings bei Handy-Bildschirmen zum Einsatz kommen kann, muss es noch einige Herausforderungen bestehen. Ein Touchscreen ist ein sehr komplexes Material, hier müssen die Forscher das Gel noch den Funktionselementen des Bildschirms und des Displays anpassen. Für nicht interaktive Bildschirme und für weitere Produkte ist ein Einsatz aber bereits in naher Zukunft möglich.

Da das Gel auch seine Farbe verändern kann, sind weitere Einsatzmöglichkeiten gegeben. Wird es als Camouflage eingesetzt, könnten beispielsweise Soldaten zur Tarnung 3D-gedruckte Kleidung tragen, deren Farbe sich immer wieder ändert.

Jetzt bleibt nur abzuwarten, wie lange es dauert, bis der erste Smartphone-Bildschirm entwickelt wurde, der sich selbst reparieren kann. Nicht nur Dr. Connal ist der Ansicht, dass seine 4D-Drucktechnologie weiterentwickelt werden kann und unendliche Möglichkeiten bietet.

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