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Sicherungs- und Tragseile für schwere Lasten reissen im schlimmsten Fall genau dann, wenn Leben davon abhängen. Empa-Forscher haben eine intelligente Beschichtung entwickelt, die die Farbe wechselt, wenn die Faser hohen Temperaturen durch Reibung oder Feuer ausgesetzt war und dadurch beschädigt wurde.

Bislang gab es kaum die Möglichkeit, einem Seil den Schaden anzumerken. Wissenschaftler der Empa und der ETH Zürich haben nun eine Schicht entwickelt, die aufgrund der physikalischen Reaktion mit Hitze ihre Farbe wechselt und so deutlich anzeigt, ob ein Seil noch die Sicherheit bietet. Forschende der ETH Zürich und der Empa entwickelten 2018 im Rahmen einer Masterarbeit das Beschichtungssystem, das sich nun auf Fasern anwenden lässt. «Das war ein Prozess mit mehreren Schritten», so Dirk Hegemann von der Empa-Abteilung Advanced Fibers. Die ersten Materialien funktionierten lediglich auf glatten Oberflächen; die Methode musste also zunächst einmal so angepasst werden, dass sie auch auf gekrümmten Flächen funktionierte. Hegemann und sein Team haben in der Vergangenheit auch schon mal elektrisch leitfähige Fasern entwickelt. Das dort verwendete «Sputtering» kam nun auch bei der neusten Beschichtung zum Einsatz. Damit die Faser bei Hitze auch tatsächlich ihre Farbe verändert, sind drei Schichten nötig. Auf die Faser selbst, im Falle der Forschungsarbeit PET (also Polyester) und VectranTM, eine Hightech-Faser, bringen die Forschenden Silber auf. Dieses dient als Reflektor – also als metallische Basisschicht. Dann folgt eine Zwischenschicht aus Titan-Stickoxid, die dafür sorgt, dass das Silber stabil bleibt. Und erst dann folgt jene amorphe Schicht, die für die Farbveränderung sorgt: Gerade einmal 20 Nanometer dünnes Germanium-Antimon-Tellurium (GST). Wird diese Schicht erhöhten Temperaturen ausgesetzt, kristallisiert sie; dadurch verändert sich der Farbeindruck von blau nach weisslich. Der Farbumschlag basiert auf dem physikalischen Phänomen der Interferenz. Dabei treffen zwei unterschiedliche Wellen (z.B. Licht) aufeinander und verstärken sich beziehungsweise schwächen sich gegenseitig ab. Abhängig von der chemischen Zusammensetzung der temperatursensitiven Schicht lässt sich diese Farbveränderung auf einen Temperaturbereich zwischen 100 und 400 Grad einstellen und damit an die mechanischen Eigenschaften des Fasertyps anpassen.

Hegemann ist derzeit auf der Suche nach weiteren Projektpartnern. Nebst Sicherheitsausrüstung für Feuerwehrleute oder Bergsteiger lassen sich die Fasern auch für Lastseile in Produktionsstätten oder auf Baustellen nutzen. «Sobald Partner aus der Industrie Interesse anmelden, lassen sich die Fasern entsprechend den jeweiligen Bedürfnissen optimieren».

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