Nanoschwamm mit extremen Eigenschaften

Materialien mit einer definierten Nanostruktur k?nnen ¨¹berraschende Eigenschaften haben: Ein Beispiel sind leichte Keramikbauteile, welche sich wie ein Schwamm zusammendr¨¹cken lassen und anschliessend in ihre Ursprungsform zur¨¹ckfedern. Dereinst k?nnten solche Materialien in hochempfindlichen Ber¨¹hrungssensoren oder neuartigen Batterien zur Anwendung kommen. Ein Team von Ingenieuren der ETH Z¨¹rich und vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena, USA, hat nun einen neuen Herstellungsweg f¨¹r solche Materialien entwickelt.

Bisher konnten solche Materialien nur Schicht f¨¹r Schicht in aufwendigem 3D-Druck und nur in kleinen Mengen hergestellt werden. Mit der neuen Methode lassen sich die Materialien sehr viel einfacher produzieren. Die Wissenschaftler unter der Leitung von ETH-Professor Dennis Kochmann und Caltech-Materialforscherin Julia Greer vermengten dazu zwei fl¨¹ssige Polymere zu einer fein verteilten Emulsion. Anschliessend liessen sie diese Polymere sich entmischen und h?rten und l?sten eine der beiden Komponenten aus dem Material. Dadurch entstand ein Netz von feinsten labyrinthartigen Poren. Diesen por?sen K?rper beschichteten die Forscher mit Alumiumoxid. Schliesslich l?sten sie auch die zweite Polymer-Komponente auf. Es entstand so ein Nanogeflecht von ?usserst d¨¹nnen ?Schalen? aus Alumiumoxid.

Ohne Ecken und Kanten

Mit dem neuen Verfahren schafften es die Forschenden erstmals, ein solches Material in der Gr?ssenordnung von einem Kubikzentimeter herzustellen. ?Fr¨¹her war es nicht einmal in einem Monat m?glich, soviel dieses Materials herzustellen wie wir es nun in wenigen Stunden k?nnen?, sagt Carlos Portela, Postdoc am Caltech.

Wegen seiner besonderen Schalenstruktur ist das Material extrem leicht und dennoch extrem steif und fest. Dies hat damit zu tun, dass die Schalen keine Ecken oder Verbindungsstellen (und somit keine internen Schwachstellen) aufweisen. Wie Tests zeigten, ist das neue Material punkto Verh?ltnis von Festigkeit zu Dichte mit einigen Formen von Stahl vergleichbar. Und trotzdem l?sst sich das Material ?hnlich wie ein Schwamm zusammenpressen. Selbst nachwiederholter Kompression um 30 Prozent zeigte es nur marginale Sch?den.

Als n?chstes plant das Team, den Prozess so zu optimieren, dass es die innere Materialstruktur bei der Herstellung genau kontrollieren kann. Ausserdem versuchen die Forschenden die Herstellung gr?sserer Mengen des Materials voranzutreiben.

Dieser Text basiert auf einem externe SeiteArtikelcall_made des Caltech.