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Forscher konzipieren selbstheilende Handy-Bildschirme

Unter dem Titel „Interfacial adhesion and self-healing kinetics of multi-stimuli responsive colorless polymer bilayers” haben Forscherteams der Yonsei Universität sowie des Korea Institute of Science and Technology einen Smartphone-Bildschirm erfunden, der sich selbst reparieren und heilen kann. Im Wesentlichen besteht diese selbstheilende Lösung darin, dass Handy-Bildschirme mit Leinöl angereichert werden, so dass sie sich selbst reparieren können.

Die Entwicklung wurde in der Fachzeitschrift Composite Part B: Engineering vorgestellt. Das Forschungsprojekt wurde von Dr. Yong-Chae Jung, Leiter des Zentrums am Institute of Advanced Composites Materials am Korea Institute of Science and Technology (KIST), geleitet.

Der Durchbruch könnte möglicherweise teure Reparaturen überflüssig machen, wenn Nutzer ihre Mobiltelefone fallen lassen oder beschädigen. Das Problem der zerbrechlichen Handy-Bildschirme schon seit über einem Jahrzehnt eine Herausforderung.

Im Jahr 2015 brachte Motorola beispielsweise das Moto X Force-Smartphone auf den Markt, von dem es behauptete, es habe das erste bruchsichere Display der Welt. Das Unternehmen zitierte damals Untersuchungen, die ergaben, dass einer von fünf Smartphone-Besitzern einen gesprungenen oder zerbrochenen Bildschirm hat.

Apple hat im iPhone 12 mit dem Ceramic Shield  einen noch stärkeren Schutz des Bildschirms eingeführt, der die Widerstandsfähigkeit des Bildschirms dramatisch verbesserte.

Aber die südkoreanischen Forscher glauben, dass ihre Erfindung selbstheilende Bildschirme mit Leinöl liefert, die in der Lage sind, Risse in Minutenschnelle selbst zu reparieren. Mikrokapseln werden mit Leinöl gefüllt und in das Polymer gemischt werden, das für Handy-Bildschirme verwendet wird. Dieser Polymer-Zweischichtfilm (PBF) wird im Grunde genommen zwischen zwei Schichten des Bildschirms eingeklemmt.

Wenn also der Bildschirm bricht, brechen auch die inneren Kapseln und geben das Leinöl an das beschädigte Glas ab. Dieses härtet dann zu einem transparenten Feststoff aus, der den Bildschirm effektiv heilt. Die Forscher behaupten, dass ihr neues Verfahren 95 Prozent aller Risse beheben kann – und das sogar innerhalb von 20 Minuten.

Wissenschaftlich heißt das dann so: „Unter verschiedenen äußeren stimulierenden Faktoren konzentrieren wir uns auf die Selbstheilungskinetik von Polymer-Doppelschichtfilmen (PBFs), die eine farblose Polyimid (CPI)-Untersubstratschicht und eine mit Leinöl beladene Mikrokapsel (LOMC) eingebettete Polydimethylsiloxan (PDMS)-Oberschicht umfassen.

Die experimentellen Ergebnisse zeigten eine klare Korrelation zwischen den stimulierenden Faktoren und der Heilungszeit. Obwohl das Rissheilungsverhalten von PBF mit 5 Gew.-% Mikrokapsel unter Luftatmosphäre ziemlich langsam ist, hat es einen verbesserten Heilungseffekt an der künstlichen Rissgrenzfläche, die auf 70 °C erwärmt wird; darüber hinaus wird eine allmähliche Heilung durch Feuchtigkeitsaufnahme in Umgebungen mit einer relativen Luftfeuchtigkeit von 70 % beobachtet.

Bemerkenswerterweise fanden wir heraus, dass die Bestrahlung mit ultraviolettem (UV)-Licht durch die mit 5 Gew.-% LOMC gefüllte PDMS-Schicht einen spürbaren kinematischen Vorteil für die Trocknungsreaktion auslöst, die die Selbstheilung an der Grenzfläche einleitet. Kurzzeitig (20 min) UV-bestrahltes PBF mit 5 Gew.-% weist eine niedrige Wasserdampfdurchlässigkeit von 35,4 g m-2 Tag-1 und eine ausgezeichnete Heilbarkeit mit ~91% Erholung durch eine einzelne Kapsel vom Typ photochemisch induzierte Selbstheilung auf. Der vorgeschlagene Ansatz fördert die extrinsische Heilung von farblosen Polymeren auf kinetisch effektive Weise, ohne deren chemische Zusammensetzung zu beeinträchtigen.“

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Jakob Jung

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