Strom verbindet und löst Hartes und Weiches

Elektrische Spannung kann laut Forschungsprojekt der University of Maryland Kleber ersetzen

"Klebestrom" im Test (Fotos: ACS Central Science 2024, DOI:10.1021/acscentsci.3c01593)

College Park (pte014/15.03.2024/11:32)

Forscher der University of Maryland nutzen sogenannte Elektroadhäsion (EA) zur Verbindung zweier unterschiedlicher Materialien. Der Clou: Diese lassen sich ohne den Einsatz von Gewalt oder anderen Hilfsmitteln bei Bedarf leicht wieder lösen. Ihre Ergebnisse stellen die Forscher in der Zeitschrift "ACS Central Science" der American Chemical Society vor.

Elektrostatik als Bindemittel

Laut dem Team um Srinivasa Raghavanion (EA) basiert das neue Verfahren auf einem physikalischen Phänomen, wonach eine leichte elektrische Spannung zwei Werkstoffe fest miteinander verbindet. Dahinter steckt Elektrostatik. Diese gleicht der Kraft, die Haare zu Berge stehen lässt, wenn man mit einem Luftballon darüber streicht oder diesen ohne Klebstoff an der Zimmerdecke haften lässt.

Wird die Richtung des Elektronenflusses umgekehrt, lassen sich die beiden Materialien leicht voneinander trennen. Dieser sogenannte Elektroadhäsionseffekt könnte helfen, biohybride Roboter zu entwickeln, biomedizinische Implantate zu verbessern und neue Batterietechnologien zu realisieren, meint Raghavan.

Fünf Volt reichen bereits aus

Raghavan und sein Team hatten bereits gezeigt, dass EA weiche, gegensätzlich geladene Materialien zusammenhalten und sogar zum Aufbau einfacher Strukturen verwendet werden kann. Diesmal wollten die Forscher sehen, ob EA ein hartes Material wie Graphit reversibel an ein weiches Material wie tierisches Gewebe oder Acrylamidgel binden kann.

Sie legten an die beiden Materialien für wenige Minuten eine Spannung von fünf Volt an, wodurch das Gel dauerhaft an der positiv geladenen Elektrode haftete. Die daraus resultierende chemische Bindung war so stark, dass das Gel zerriss, bevor es sich von der Elektrode löste, als einer der Forscher versuchte, die beiden Teile auseinander zu reißen. Als sie die Stromrichtung umkehrten, ließen sich Graphit und Gel leicht voneinander trennen.

Die Forscher fanden auch heraus, dass das harte Material Elektronen leiten und das weiche Material Salzionen enthalten muss, damit EA auftritt. Sie stellen die Hypothese auf, dass die Haftung durch chemische Bindungen entsteht, die sich nach einem Elektronenaustausch zwischen den Oberflächen bilden und wiederholten den Test mit zahlreichen anderen Werkstoffen wie Metallen und anderen weichen Materialien. Selbst ein Stück Tomate ließ sich so fixieren.

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