Las fibras de alto rendimiento que han sido expuestas a altas temperaturas generalmente pierden sus propiedades mecánicas sin ser detectadas y, En el peor de los casos, puede romperse precisamente cuando la vida depende de ellos. Por ejemplo, cuerdas de seguridad utilizadas por los cuerpos de bomberos o cuerdas de suspensión para cargas pesadas en sitios de construcción. Los investigadores de Empa ahora han desarrollado un recubrimiento que cambia de color cuando se expone a altas temperaturas a través de la fricción o el fuego.

El bombero corre hacia el edificio en llamas y busca sistemáticamente habitación por habitación en busca de personas que necesiten ser rescatadas. Atado a él hay una cuerda de seguridad en el otro extremo de la cual sus colegas esperan afuera frente al edificio. En caso de emergencia, en caso de que pierda el conocimiento por cualquier motivo, pueden sacarlo del edificio o seguirlo al edificio para rescatarlo. Sin embargo, si esta cuerda ha estado expuesta a un calor excesivo durante operaciones anteriores, puede romperse. ¡Esto significa peligro de muerte! Y hasta ahora no ha habido forma de notar este daño en la cuerda. Un equipo de investigadores de Empa y ETH Zurich ha desarrollado un recubrimiento que cambia de color debido a la reacción física con el calor. indicando así claramente si una cuerda continuará brindando la seguridad que promete en el futuro.

Investigadores de ETH Zurich y Empa desarrollaron un sistema de recubrimiento en 2018 como parte de una tesis de maestría, que el equipo de Empa ahora pudo aplicar a las fibras. "Fue un proceso que incluyó varios pasos, "dice Dirk Hegemann del laboratorio Advances Fibers de Empa. Los primeros recubrimientos solo funcionaron en superficies lisas, por lo que el método tuvo que adaptarse primero para que también funcionara en superficies curvas. Empa tiene un amplio conocimiento en el recubrimiento de fibras; Hegemann y su equipo ya han desarrollado fibras conductoras de electricidad en el pasado (ver enlaces). El llamado proceso de pulverización catódica ahora también se ha aplicado con éxito al último recubrimiento.

Capas finas como una oblea con gran efecto

Se requieren tres capas para garantizar que la fibra realmente cambie de color cuando se calienta. Los investigadores aplican plata a la fibra misma, en este caso PET (es decir, poliéster) y VectranTM, una fibra de alta tecnología. Esto sirve como reflector, en otras palabras, como capa base metálica. A esto le sigue una capa intermedia de óxido de nitrógeno de titanio, lo que asegura que la plata se mantenga estable. Y solo entonces sigue la capa amorfa que provoca el cambio de color:telurio de germanio-antimonio (GST), que tiene solo 20 nanómetros de espesor. Cuando esta capa se expone a temperaturas elevadas, cristaliza, cambiando el color de azul a blanco. El cambio de color se basa en un fenómeno físico conocido como interferencia. Dos ondas diferentes (por ejemplo, la luz) se encuentran y se amplifican o debilitan entre sí. Dependiendo de la composición química de la capa sensible a la temperatura, este cambio de color se puede ajustar a un rango de temperatura entre 100 y 400 grados y así adaptarse a las propiedades mecánicas del tipo de fibra.

Soluciones a medida

Las posibles áreas de aplicación de las fibras que cambian de color aún están abiertas, y Hegemann está buscando posibles socios para el proyecto. Además del equipo de seguridad para bomberos o montañeros, las fibras también se pueden utilizar para cables de carga en instalaciones de producción, en obras de construcción, etc. En cualquier caso, la investigación sobre el tema está lejos de ser completa. En el presente, todavía no es posible almacenar las fibras durante largos períodos de tiempo sin perder su funcionalidad. "Desafortunadamente, los materiales de cambio de fase se oxidan en el transcurso de unos meses, ", dice Hegemann. Esto significa que el cambio de fase correspondiente, la cristalización, ya no tiene lugar, incluso con calor, y la cuerda pierde así su "señal de advertencia". En todo caso, se ha demostrado que el principio funciona, y la durabilidad es un tema de investigación futura, dice Hegemann. "Tan pronto como los primeros socios de la industria registran su interés en nuestros propios productos, las fibras se pueden optimizar aún más según sus necesidades ".