Wie Papierflieger das Flattern kriegen
Elektrische Spannung kann Zellulose in Bewegung versetzen
Die Papierflieger der Zukunft könnten wie Vögel oder Schmetterlinge mit den Flügeln schlagen. Nötig wären dazu lediglich zwei Elektroden, hat ein amerikanisch-koreanisches Forscherteam entdeckt: Wird nämlich eine dünne Schicht aus Zellulose, dem Hauptbestandteil von Papier, unter Spannung gesetzt, krümmt sie sich in Richtung des positiven Pols. Durch einen Wechsel der Polung kann daher eine flatternde Bewegung erzeugt werden, mit der neben Papierflugzeugen auch Mikroroboter oder biologisch abbaubare Sensoren angetrieben werden könnten.
ANZEIGE
Den Anstoß zur Endeckung von Jaehwan Kim und seinen Kollegen gab eine Beobachtung, die schon vor mehr als fünfzig Jahren gemacht wurde. Damals fanden Forscher heraus, dass Holz piezoelektrisch ist, sich also beim Anlegen einer Spannung leicht verformt. Ob dafür jedoch die Zellulose, der Hauptbestandteil des Holzes und Grundstoff für die Papierherstellung, oder eine andere im Holz enthaltene Substanz verantwortlich ist, wurde nicht weiter untersucht – bis Kim und sein Team nun testeten, wie sich Zellulose unter Spannung verhält. Dazu bastelten die Forscher eine Art Sandwich aus einer Zellulosefolie und zwei dünnen Goldschichten, die als Elektroden fungierten.
Als sie eine Spannung an die Elektroden anlegten, bog sich die Folie sofort in Richtung des positiven Pols. Wurde die Polung getauscht, krümmte sich die Zellulose in die andere Richtung. Dazu waren weder Kabel noch Batterien nötig, berichten die Forscher: Um die Spannung zu erzeugen, reichte es aus, eine winzige Antenne in die Zellulosefolie einzubauen. Diese wandelt auftreffende Mikrowellen in einen schwachen Strom um, der ausreicht, die nötige Spannung zu erzeugen.
Warum sich die Zellulose unter Spannung verbiegt, ist bislang noch nicht ganz klar. Kim und seine Kollegen vermuten, dass positiv geladene Teilchen innerhalb der Folie von der negativen Elektrode angezogen werden und dorthin wandern. Dabei schleppen sie im Material enthaltene Wasserteilchen mit sich und erzeugen dadurch auf der negativen Seite einen höheren Druck – mit der Folge, dass sich die Folie in die andere Richtung krümmt. Andere Wissenschaftler wie der Chemiker Mike Jarvis von der Universität Glasgow bezweifeln allerdings, ob diese Erklärung tatsächlich stimmt. Bevor die flatternde Zellulose in technischen Geräten eingesetzt werden kann, müsse der Mechanismus daher noch genauer untersucht werden.
Science, Online-Dienst (30. Juni)
Originalarbeit der Forscher: Jaehwan Kim (Inha-Universität, Incheon) et al.: Macromolecules, Bd. 39, S. 4202
ddp/wissenschaft.de – Ilka Lehnen-Beyel
