Die Benutzer von Schminke wissen es längst: Hauchdünne Schichten, kunstvoll aufgetragen, können vieles verändern. Was für die Kosmetik gilt, trifft in noch höherem Maße für die Materialwissenschaften zu. Das Vergüten von Oberflächen ist von enormer wirtschaftlichen Bedeutung – und eine Kunst für sich. In diese Disziplin hat Professor Gerhard Wegner, Chemiker am Mainzer Max-Planck-Institut für Polymerforschung, durch planvolles Aufbauen einer neuen Sorte von Kunststoffen frischen Wind gebracht. Seine bereits mehrfach ausgezeichnete Grundlagenforschung beschäftigt sich mit Polymeren, die eine außergewöhnlich präzise "molekulare Architektur" erlauben.

"Man kann dabei die relative Lage der Bausteine ebenso exakt festlegen wie die Positionen von Ziegelsteinen in einem großen Mauerwerk", erklärt er. Seine neuartigen Kunststoffe basieren auf steifen Riesenmolekülen mit flexiblen Seitenketten. Sie sind mit stabilen Stäbchen vergleichbar, die über dünne, bewegliche Zweige verfügen. Werden diese Moleküle nach einem bestimmten Verfahren auf Trägerflächen aufgebracht, dann ordnen sie sich spontan zu einem äußerst dünnen, nur aus einer Molekülschicht bestehenden Film. Sie eignen sich daher vorzüglich zum Aufbringen ultradünner Beschichtungen.

Viele Werkstoffeigenschaften hängen entscheidend von der Oberflächen- und Grenzflächenbeschaffenheit ab, man denke nur an die Korrosion von Metallen oder an das Verwittern von Holz. Was man dort durch grobes Aufpinseln oder -sprühen einer Schutzschicht aus Lack oder Firnis erreicht, sollte nach den Vorstellungen des Polymerbaumeisters aus Mainz beim exakten, molekular kontrollierten Vergüten von Oberflächen mit Schichten ausgesuchter Kunststoffe wesentlich besser und dauerhafter ausfallen. Bereits beteiligen sich neben mehreren Hochschulgruppen auch einige große Chemiekonzerne am Projekt "Ultradünne Schichten", das vom Bonner Forschungsministerium koordiniert wird. Offenbar verspricht man sich von dem riesigen Anwendungspotential auch künftigen kommerziellen Segen.

Die erwünschte Molekular-Architektur gestapelter "Backsteinschichten" für Polymerfilme läßt sich in der Regel recht problemlos mit einer bewährten Technik erreichen. Dabei taucht man den zu beschichtenden Träger in eine Wanne ein, an deren Oberfläche die Polymerbausteine schwimmen. Bei jedem Herausziehen nimmt man gerade eine Lage der Stäbchenmoleküle mit, die sich dann über ihre flexiblen Seitenketten vernetzen. Anders als bei herkömmlichen Kunststoffen, die meist einen wenig strukturierten, erstarrten Brei bilden, kommt es bei den Wegnerschen Polymeren zu keinen Störungen des Gefüges durch Fehlstellen. Vielmehr ensteht ein sauber definierter Film, der unter anderem auch über ausgezeichnete optische Eigenschaften verfügt.

Neben oberflächenvergüteten Werkstoffen, neuen Lacken und Klebstoffen sieht Wegner die wichtigste und faszinierendste Anwendung "im Bereich der Bauelemente für optische und optoelektronische Kommunikation sowie bei der optischen Informationsspeicherung". Denn aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften, Licht zu spiegeln oder zu brechen, eignen sich die hauchdünnen Präzisionsfilme hervorragend zur Lichtleitung, aber auch als aktive Bauelemente (zum Beispiel Schalter) bei der optischen Übertragung und Verarbeitung von Information. Es ist kein Zufall, daß als Motto für die diesjährige gemeinsame Tagung von Physikern und Chemikern in Darmstadt "Polymere und Licht" gewählt wurde.

Möglicherweise führen die ultradünnen Schichten zu den optischen Chips der Zukunft, hinter denen die Computerfirmen seit langem herjagen. So soll alleine die Firma IBM in den letzten Jahren rund hundert Millionen Dollar für den Bau optischer Schalter in den Sand gesetzt haben. Denn wenn in einer integrierten Schaltung Licht statt Strom fließen würde, dann ließe sich die Rechengeschwindigkeit deutlich erhöhen. Licht ist um ein Vielfaches schneller als Strom. Während sich Elektronen beim Fließen durch gegenseitiges Stoßen behindern, durchdringen sich Lichtwellen ohne nennenswerte Wechselwirkung. Daher lassen sich mit Licht auch wesentlich dichtere Informationsströme durch eine Leitung pressen. Aber trotz der Entwicklung von Präzisionslasern, die Optimisten bereits von der Verwirklichung optischer Computer träumen lassen, fehlen immer noch geeignete Materialien. Die Schichtpolymere aus Mainz könnten Bewegung in die Szene bringen.