Im Herzen eines Labors der University of Colorado, Boulder, hat ein Forschungsteam eine Entdeckung gemacht, die unsere Beziehung zum Licht verändern könnte. Forscher haben organische Nanokristalle geschaffen, die unter Lichteinwirkung eine mechanische Kraft erzeugen, die eine 1000-mal größere Masse als ihre eigene anheben kann.
Der interessanteste Teil der veröffentlichten Forschung Nature Materials (Ich verlinke es dir hier) besteht darin, dass diese Umwandlung ohne die Hilfe von Wärme oder Strom erfolgt. Eine aufregende Aussicht, die der Materialwissenschaft und -technik neue Wege eröffnet.
Die Kraft von Nanokristallen
Licht spielt seit jeher eine zentrale Rolle in unserem Leben. Es macht alles: Es treibt unseren Tagesrhythmus an, treibt Pflanzen durch Photosynthese an und erhellt unsere Welt. Den neuesten Forschungsergebnissen auf diesem Gebiet zufolge kann es sogar unser Sehvermögen und unsere geistige Leistungsfähigkeit beeinträchtigen der Optogenetik.
Dank der Fortschritte in der Materialwissenschaft erweist sich Licht nun als ein noch größeres Potenzial.
Die von Forschern entwickelten Nanokristalle Universität von Colorado, Boulder Dabei handelt es sich um fotomechanische Materialien, die Licht direkt in mechanische Kraft umwandeln sollen. Eine Transformation, die aus einem empfindlichen Gleichgewicht zwischen Photochemie, Polymerchemie, Physik, Mechanik, Optik und Technik resultiert.
Ein Fortschritt in der Materialwissenschaft
Das Team führte durch Ryan Hayward hat die Erforschung dieser Materialien auf ein neues Niveau gebracht. Organische Nanokristalle verbiegen sich unter Lichteinwirkung nicht nur, sondern heben auch Objekte an, die schwerer sind als sie selbst. Viel schwerer. Wie Hayward selbst erklärte, „schalteten sie den Mittelsmann aus“ und wandelten Lichtenergie direkt in mechanische Verformung um.
Wie bei jeder Quest dieser Art gab es natürlich auch Herausforderungen zu meistern. Eine der größten Herausforderungen bei photochemischen Materialien besteht darin, aus Bewegungen auf molekularer Ebene eine großräumige mechanische Reaktion zu erzeugen. Dies erfordert, dass die reaktiven Moleküle so organisiert sind, dass sie alle in die gleiche Richtung drängen.
Die Lösung? Die Verwendung organischer Nanokristalle Diarylethen als photoaktive Komponente, eingefügt in ein Polymermaterial mit Poren von mikrometrischen Abmessungen.
Das Anwendungspotenzial
Auch wenn noch viel zu tun bleibt, wie Hayward betonte, stellt diese Forschung einen bedeutenden Schritt in Richtung einer Zukunft dar, in der Licht zu einer noch leistungsfähigeren Quelle mechanischer Energie werden könnte. Um es gelinde auszudrücken: Stellen Sie sich Roboter, Fahrzeuge oder Drohnen vor, die mit Laserstrahlen statt mit schweren Batterien angetrieben werden. Und nicht nur:
- Medizin und Gesundheit: Photomechanische Aktuatoren könnten in miniaturisierten medizinischen Geräten eingesetzt werden, beispielsweise in Mikrorobotern, die, sobald sie in den Körper eingeführt wurden, durch Licht geführt und aktiviert werden können, um Präzisionsoperationen durchzuführen oder Medikamente direkt an den gewünschten Ort abzugeben.
- Energie und Umwelt: Diese Nanokristalle könnten in Solarmodule der nächsten Generation integriert werden und Sonnenlicht direkt in mechanische Bewegung umwandeln, die dann in elektrische Energie umgewandelt werden könnte. Dies könnte Solarmodule effizienter und vielseitiger machen.
- Unterhaltungselektronik: Flexible und faltbare elektronische Geräte wie Smartphones oder Tablets könnten diese Nanokristalle nutzen, um als Reaktion auf Licht ihre Form oder Position zu ändern. Zum Beispiel ein Bildschirm, der sich zusammenklappen lässt oder sich automatisch an die Umgebungslichtverhältnisse anpasst.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Weg in eine lichtgetriebene Zukunft noch besser beleuchtet ist.
