Materialforschung
Steinhart und gleichzeitig elastisch

Kann das sein? US-Forschern ist es mit Hilfe der Nanochemie gelungen, eine Keramik mit gummiähnlichen Eigenschaften zu entwickeln.

Bild der Wissenschaft stellte diese Mischung aus Polymeren vor. Das revolutionäre Material ist durchsichtig, flexibel, aber trotzdem sehr belastbar und unzerbrechlich. Seine Eigenschaften verdankt es einer Mixtur aus Polymeren, in die keramische Substanzen eingebaut wurden.

Eine höchst regelmäßige Molekularstruktur zeichnet den Werkstoff aus. Das Hybridmaterial kann Ionen leiten und unter hohen Temperaturen winzige Poren ausbilden. Es verspricht eine bisher kaum gekannte Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten in Industrie und Forschung.

Die Forschungen an der Cornell University im US-Bundesstaat New York leitet ein Deutscher, Professor Ulrich Wiesner, der am Max-Planck-Institute für Polymer-Forschung an der Johannes Gutenberg-Universität in Mainz 1991 promovierte und sich 1998 habilitierte. "Das Material hat Eigenschaften, die nicht einfach die Summe von Polymer plus Keramik sind, sondern vielleicht etwas sehr Neues", so Wiesner. Sein Team und er arbeiten mit organischen Polymeren. Diese ordnen sich chemisch selbstständig zu Nanostrukturen unterschiedlicher Symmetrien an. Gemischt mit anorganischem Material wie Keramik, sollte ein solches Hybridmaterial Flexibilität und Härte vereinen.

Neu und doch bekannt

Die Ergebnisse waren für alle überraschend: Unter dem Transmissions-Elektronen-Mikroskop (TEM) zeigte sich eine so genannte bikontinuierliche kubische Struktur, die einer Jahrhunderte alten Berechnung entspricht. Wiesner: "Wir finden in der Polymerforschung jetzt Strukturen, die Mathematiker vor langer Zeit theoretisch vorhergesagt haben".

Bisher hat das Team im Labor nur wenige Gramm leichte Stücke der flexiblen Keramik hergestellt. Weil das Material sich aber eigenständig anordnet und sich in seiner Struktur gezielt steuern lässt, glaubt Wiesner an eine erfolgreiche Produktionen in großen Mengen: "Wir können das Material bis in den Nanobereich strukturieren. Wir wissen jetzt, wie wir eine Folge von verschiedenen Formen und Porengrößen herstellen können."

Mit unterschiedlichen Mischverhältnissen von Polymer und Keramik lassen sich verschiedenste Kristallstrukturen erreichen, bis hin zur bikontinuierlichen kubischen Anordnung, die für Polymersysteme bisher unbekannt war. So scheint eine ganz neue Materialgruppe eröffnet zu sein. Wiesner rechnet damit, andere bikontinuierliche Strukturen von Polymerhybriden zu finden.

Wiesner stellte die Ergebnisse jetzt auf einem Treffen der American Physical Society in Indianapolis vor.

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