Im Rahmen des Forschungsprojekts sollte ein Indikatorsystem entwickelt werden, das durch einen einfachen Farbumschlag eine relative Dehnung darstellt.
Das technische Lösungskonzept für den Dehnungsmesser basiert auf photonischen Kristallen. Diese Materialien bestehen aus einer regelmäßigen Anordnung von Partikeln gleicher Größe und Oberflächenladung. Abhängig von Größe und Anordnung (Abstand) solcher Partikel werden bestimmte Lichtwellenlängen reflektiert. Liegt diese Reflexion im sichtbaren Bereich, wird eine Veränderung der regelmäßigen Ordnung, z. B. durch Dehnung, als Farbänderung angezeigt. Im hier gewählten Ansatz sollten photonische Kristalle in Elastomere eingebettet werden.
rechts: Schematische Darstellung der angestrebten Partikelanordnung (Quelle: Fraunhofer-Einrichtung für Modulare Festkörper-Technologien EMFT)
Im ersten Schritt wurden Synthesemethoden für die reproduzierbare Herstellung von Mikropartikeln etabliert, die das Ausgangsmaterial für die photonischen Kristalle bilden. Im zweiten Schritt wurden die Partikel in einem einfachen Verfahren zu photonischen Kristallen angeordnet. Das Spray Coating (Airbrush) lieferte die besten Ergebnisse zur Partikelanordnung und eignet sich auch für ein Upscaling und somit den Einsatz für großtechnische Beschichtungsprozesse.
Im dritten Schritt sollten die photonischen Kristalle in geeignete Elastomermaterialien eingebracht und gegen mechanische Einwirkung stabilisiert werden. Hier zeigte sich, dass eine stabile Fixierung der photonischen Kristalle in Polymermaterialien nach Industrie-geeigneten Methoden derzeit nicht möglich ist. Dennoch konnte differenzierbare Farbeffekte aufgrund definierter Anordnung von monodispersen Mikropartikeln nachgewiesen werden. Die Ergebnisse der Projektpartner liefern eine gute Basis für weitere grundlegende Untersuchungen zur stabilen Einbettung solcher Materialien in Polymere.
