Selbstheilende Materialien – was sind das?

Immer häufiger findet man aktuell Beiträge in den Medien, die von Erfolgen in der Entwicklung von selbstheilenden Strukturen berichten. Was versteht man eigentlich darunter?

Generell nimmt man sich dabei die Natur zum Vorbild, die Mechanismen entwickelt hat, Verletzungen wieder zu heilen. Dies in die Technik zu übertragen ist allerdings nicht leicht, da es sich bei Materialien wie Kunststoffen, Metall oder Glas nicht um lebende Organismen handelt, die zur Wundheilung fähig sind.

Prinzipiell gilt es auch den Maßstab zu betrachten. Will ich Beschädigungen auf molekularer Ebene heilen oder geht es darum auch makroskopische Schäden, wie z.B. sichtbare Risse an der Oberfläche reparieren?

Betrachten wir mal einen Riß. Dieser wird infolge von Überlastung des Material zunächst auf molekulare Ebene in Form eines Mikrorisses auftreten. Hier gibt es verschiedene Ansätze, wie dieser Riß wieder geschlossen werden kann: Ermöglichen könnten dies z.B. elektrostatische Anziehungskräfte von positiv und negativ geladenen funktionellen Gruppen am Polymergerüst wie z.B. -COO- und -NH4+, aber auch übermolekulare Strukturen im Schlüssel-Schloß-Prinzip, die eine Reorganisation der Molekülcluster in die „alte Form“ begünstigen sind hier denkbar.

Weiten sich die Mikrorisse aus, entstehen sichtbare makroskopische Risse: Hier könnten z.B. verkapselte Klebstoffe, die bei Beschädigung des Materials austreten und den Riß schließen, zum Einsatz kommen.

Was in der Theorie sich noch ganz einfach anhört ist in der Praxis nicht ganz so einfach zu realisieren, denn wie kann ich die entsprechenden Strukturen oder den verkapselten Klebstoff in das Material einbauen? Hier gibt es bereits einige Ansätze in der Forschung, aber der Weg bis zu einer Struktur, die sich selbst heilt - ählich dem eines lebenden Organismus – ist noch weit, aber es gibt Fortschritte!