Helmholtz-Zentrum und Uni Bordeaux

Mikromotor speichert Energie

17. Juli 2019, 14:43 Uhr   |  Hagen Lang

Mikromotor speichert Energie
© HZG/ Oliver Gould

In der Polyvinylalkohol-Mikrofaser sind Graphenoxidblättchen eingelagert. Die Bllättchen versteifen die Faser in der Bewegungsrichtung und sorgen so für einen Energiespeicher (schem. Darstellung)

Das Helmholtz-Zentrum Geesthacht und die Université de Bordeaux haben einen Mikromotor aus Kunststoff-Mikrofaser vorgestellt, der warm Spannung aufnimmt und im abgekühlten Zustand speichert. Die »Auslösetemperatur«, bei der die Spannung wieder abgegeben wird, kann eingestellt werden.

Ist das Material erwärmt, kann es verdrillt werden und behält abgekühlt seine Spannung so lange, bis es wieder erwärmt wird und seine Drehspannung abgibt. Winzige Graphenoxid-Blättchen im Kunststoff verleihen dem Material dabei enorme Steifigkeit. Durch die günstige Orientierung der Nanoblättchen zur Deformationsrichtung der Faser und deren eigener Verformung wird mit Graphenoxid das hohe Drehmoment erreicht.

 

Professor Andreas Lendlein, Mitautor des „Science“-Artikels und Leiter des HZG-Instituts für Biomaterialforschung in Teltow, erläutert:

„Die Anzahl der Drehungen, die der Mikro-Fasermotor ausführen kann, und der Temperaturbereich, in dem diese Bewegung ausgelöst wird, können vorbestimmt werden“. Die sogenannte Schalttemperatur, bis zu der die Drehspannung bewahrt wird, kann in weiten Grenzen über die Temperatur festlegt werden, bei der die Faser zuvor verdrillt wurde.

Bei dem untersuchten Fasermaterial, dem Polyvinylalkohol, hat sich eine Programmiertemperatur von 80 Grad Celsius als besonders günstig erwiesen. Hier können 80% der durch die Verdrillung der Faser programmierten Drehungen wieder abgerufen werden. Für künftige medizinische Anwendungen kann man aber auch mit einem Kunststoff arbeiten, der bei Körpertemperatur schaltet.

 

„Dieses Ergebnis ist ein wichtiger Schritt hin zu vielen Anwendungen – wie Mikroroboter oder gar autonome Systeme, bei denen die Programmierung beispielsweise mit Windkraft erfolgen könnte“, so Andreas Lendlein.

 

Mit ihrem einfach aufgebauten Motor füllen die beiden beteiligten Forschergruppen in Bordeaux und in Teltow bei Berlin eine Lücke: Wenn Elektromotoren zu schwach, zu groß, zu wenig robust – oder zu energiehungrig sind. Bei den bisherigen Versuchen mit Fasern waren Rotationsgeschwindigkeit, Drehmoment und Rotationswinkel zu klein. Vor allem aber ließ die gewichtsbezogene Energiedichte zu wünschen übrig. Beim Mikrofaser-Motor ist sie jetzt 60-mal höher als bei natürlichen Skelettmuskeln.

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