Solarmodule folgen dem Lauf der Sonne

Verbundmaterial von Forschern der Tufts University bewegt sich unter dem Einfluss von Licht

So sieht die "photonische Sonnenblume" aus (Foto: Mike Silver, tufts.edu)

Boston (pte017/15.03.2021/11:30)

Mit einer „photonischen Sonnenblume" haben Forscher der Ingenieurs-Fakultät der Tufts University https://www.tufts.edu/ in Boston im US-Bundesstaat Massachusetts die Fachwelt überrascht. Wie eine echte Sonnenblume dreht sie sich in Richtung Sonne, und ihre Blütenblätter bewegen sich in Abhängigkeit von Licht. Der Verbundwerkstoff, den die Ingenieure entwickelt haben, wird ausschließlich von Licht gesteuert. Er kann sogar dreidimensionale Formen bilden. Zusätzliche Energiequellen sind für die Bewegungen nicht nötig. In naher Zukunft könne man aus diesem Material beispielsweise Solarzellen herstellen, die selbstständig der Sonne folgen, also stets ein Maximum an Strom liefern. Heute noch müssen die Module elektromechanisch nachgeführt werden, um dieses Ziel zu erreichen.

[b]Mit Licht lassen sich Soft-Roboter lenken[/b]

Mit dem neuen Material wird es auch möglich sein, Soft-Roboter zu bewegen oder Mikrofluidik-Ventile zu öffnen und zu schließen. Damit könnten Aktoren und Motoren eingespart, die Systeme also vereinfacht werden. Die Ergebnisse ihrer Arbeit veröffentlichen Die Ingenieure in der Fachzeitschrift „Nature Communications".

[b]Ein Film dehnt sich aus, der andere zieht sich zusammen[/b]

Das vom Tufts-Team entwickelte photonische Material besteht aus zwei übereinander angeordneten Schichten: Einem Film aus Seidenfibroin, der mit Nanopartikeln aus Gold dotiert ist und photonische Kristalle bildet, und einer Folie aus Polydimethylsiloxan (PDMS), einem Kunststoff auf Siliziumbasis Neben einer bemerkenswerten Flexibilität, hoher Haltbarkeit und ungewöhnlichen optischen Eigenschaften hat Seidenfibroin einen negativen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Außerdem, und das ist entscheidend, verwandelt das Material Licht in Wärme. Dabei zieht es sich zusammen, beim Abkühlen dehnt es sich aus. PDMS reagiert genau entgegengesetzt, sodass sich das Material verbiegt, wenn sich eine Seite ausdehnt und die andere sich zusammenzieht, ähnlich wie bei einem Bimetall, wie es als Schalter etwa bei Heizlüftern genutzt wird. Der Effekt lässt sich mit Licht jeder Art und Farbe erzielen. Im technischen Bereich würde es auf einen Laser hinauslaufen.

[b]Gezielte Strukturierung programmiert die Bewegung[/b]

„Durch gezielte Strukturierung des Films aus Seidenfibroin können wir die Art der Bewegung des Materials beeinflussen", sagt Fiorenzo Omenetto, Professor für Ingenieurswissenschaften an der Hochschule. Der Energieaufwand bei der Herstellung des Verbundmaterials sei äußerst niedrig, im Gegensatz zu anderen Materialien, die Wärme in Bewegung umwandeln.  

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