Neues Polymer bietet tausendfache Klebkraft auf Knopfdruck

Eine neue Oberfläche kann Dinge bei Bedarf festhalten oder wieder freigeben - allein durch Wärme. Sie verändert ihre Haftkraft um das Tausendfache und schafft so neue Möglichkeiten für Greifarme, Displaybau und kontaktlose Präzisionsmontage.

Hightech-Haftung: Kunststoff mit schaltbarer Haftkraft

Ein bekanntes Problem moderner Klebetechnologie: Unregelmäßige Oberflächen haften schlecht - weil sie nur an einzelnen Punkten Kontakt zum Gegenstand haben. Doch genau solche unregelmäßigen Strukturen findet man oft bei weichen, formbaren Materialien. Sie sorgen dafür, dass sich das Material verformen und an verschiedene Oberflächen anschmiegen kann. Was dem einen hilft, steht dem anderen im Weg - Flexibilität und starke Haftung schließen sich oft gegenseitig aus.

Die neue Lösung, die ein Forschungsteam um Seok Kim an der Seoul National University entwickelt hat: eine Oberfläche aus einem Formgedächtnis-Kunststoff (Shape Memory Polymer, SMP), die mit winzigen Nanospitzen versehen ist und bei Temperaturwechsel ihre Rauigkeit kontrolliert verändert. So lässt sich Haftung gezielt an- und abschalten.


Der Clou liegt in der Kombination zweier Eigenschaften: Erstens wird der SMP durch Erwärmen weich und formbar, sodass sich die ursprünglich raue Oberfläche glatt gegen ein Objekt pressen lässt. Nach dem Abkühlen erstarrt der Kunststoff in dieser glatten Form und haftet stark. Zweitens kehrt das Material bei erneutem Erwärmen in seine ursprüngliche, raue Form zurück - die Kontaktfläche schrumpft, die Haftung sinkt rapide. Dieses Umschalten funktioniert über einen Temperaturbereich zwischen etwa 25 °C und 80 °C. Die Haftkraft steigt dabei um das Tausendfache an - oder fällt ebenso stark.

Wie effektiv das Prinzip arbeitet, zeigen zwei Anwendungen: Im Makromaßstab dient die Oberfläche als Greiffläche für einen Roboterarm, der selbst empfindliche Objekte wie Papier oder Eier punktgenau aufnehmen und wieder ablegen kann - ohne Sauger oder mechanische Kralle, allein durch gesteuerte Temperaturwechsel.


Im Mikromaßstab gelingt es, einzelne Siliziumplättchen mit nur fünf Mikrometern Durchmesser präzise aufzunehmen und wieder abzusetzen. Dabei bleiben die Mikroobjekte unversehrt, da keinerlei mechanische Kraft wirkt - ein Niveau, das für Transferdruckverfahren bislang kaum erreichbar war.

Kunststoff mit Trick

Die in Nature veröffentlichte Studie von Junhyung Kim und Kollegen zeigt, dass dieser Ansatz auch für den industriellen Einsatz geeignet wäre. Die Nanospitzen entstehen durch ein einfaches chemisches Ätzverfahren: Silizium wird in eine alkalische Lösung getaucht, wodurch sich feine Strukturen an der Oberfläche ausbilden. Diese werden anschließend in Kunststoff abgeformt.

Entscheidend ist die erreichte mittlere Rauigkeit (Rq), die bei etwa 200 Nanometern optimalen Haftwechsel ermöglicht. Das Prinzip erinnert an die Haftfüße von Geckos - doch statt mikroskopischer Härchen nutzt es die gezielte Umformung der Oberfläche. Damit liefert die Studie einen vielversprechenden Kandidaten für künftige Anwendungen in Robotik, Mikroelektronik und flexibler Fertigung - überall dort, wo Bauteile sicher haften und sich rückstandsfrei wieder lösen lassen - ob im Displaybau, der Montageautomation oder beim Greifen empfindlicher Teile.


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