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pte20210315017 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Solarmodule folgen dem Lauf der Sonne

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


So sieht die
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 http://tufts.edu die Fachwelt überrascht. Wie eine echte Sonnenblume dreht sie sich in Richtung Sonne und ihre Blütenblätter bewegen sich in Abhängigkeit des Lichts. Der hierzu entwickelte Verbundwerkstoff wird ausschließlich von Licht gesteuert. Er kann sogar dreidimensionale Formen bilden.

Lichtgesteuerte Soft-Roboter

Zusätzliche Energiequellen sind für die Bewegungen nicht nötig, so die Forscher. Künftig ließen sich aus diesem Material beispielsweise Solarzellen herstellen, die selbstständig der Sonne folgen, also stets ein Maximum an Strom liefern, heißt es weiter. Heute noch müssen die Module elektromechanisch nachgeführt werden, um dieses Ziel zu erreichen.

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 erheblich vereinfacht werden. Die Ergebnisse ihrer Arbeit haben die Ingenieure in der Fachzeitschrift "Nature Communications" veröffentlicht.

Zukunftsweisender Schichtaufbau

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.

Auch verwandelt das Material Licht in Wärme. Dabei zieht es sich zusammen, beim Abkühlen dehnt es sich aus. PDMS reagiert entgegengesetzt, sodass sich das Material verbiegt, wenn sich eine Seite ausdehnt und sich die andere 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.

"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.



(Ende)
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