Bunter Sensor: Gel wechselt Farbe bei Feuchte und unter Druck

Blau bei Feuchtigkeit, Rot bei Hitze: In allen Farben des Regenbogens schillert ein neues, gelartiges Material.

Buntes Farbwechselgel in Blätterform
Buntes Farbwechselgel in Blätterform

Cambridge (USA) - Es reagiert bei der Farbwahl empfindlich auf seine Umgebung und wechselt sein Aussehen bei Feuchtigkeit oder Temperaturschwankungen und unter Druck. Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge entwickelten dieses Farbwechsel-Gel, um es als günstigen und schnellen Sensor beispielsweise in der Lebensmittelindustrie anzuwenden. Ihre Experimente veröffentlichten sie nun in der Fachzeitschrift "Nature Materials".

Auf dem ersten Blick sind Werkstoffe, die unter äußeren Randbedingungen die Farbe verändern, nicht neu. Doch den MIT-Wissenschaftlern gelang es, mit zwei Polymeren die Farbwechsel umkehrbahr über das ganze sichtbare Farbspektrum zu erzeugen. "Wir wollten etwas beliebig Regelbares entwickeln", sagt Materialforscher Edwin Thomas. Zwei Schichten aus Polymeren, Polystyrol und Poly-2-Vinylpyridin, machten die große Spanne an Farbwechseln vom Ultravioletten über das sichtbare Spektrum bis zum Infraroten möglich.

Der Mechanismus des Farbwechsels ist so einfach wie effektiv: Je nach Dicke des Zwei-Komponenten-Materials wird eine andere Farbe des einfallenden weißen Lichts reflektiert. So ist es klar, dass beim Zusammendrücken ein Farbwechsel entsteht. Aber auch Feuchtigkeit verändert den Umfang des Werkstoffs. Es nimmt Wasser auf, dabei strecken sich die Polymerketten und das Material wird dicker. Trocknet es wieder, ziehen sich die Polymerketten wieder zusammen und das Gel findet zu seiner ursprünglichen Form und Farbe zurück. Ähnliche Reaktionen können durch Temperaturwechsel und sogar über den Säuregrad (pH-Wert) einer Flüssigkeit erzielt werden.

Thomas und Kollegen stellen sich nun kleine, günstige Sensoren vor, die beispielsweise in Verpackungen von Lebensmitteln die Feuchtigkeit des Produkts farblich anzeigen. Über die pH-Empfindlichkeit lassen sich auch Verfallsprozesse und andere chemische Reaktionen durch einen Blick auf die Farbe erkennen. In weiteren Experimenten wollen die MIT-Forscher nun ein Gel entwickeln, dass seine Farbe unter elektrischen Spannungen ändert.