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Metallisches Holz Neues Material ist leicht wie Holz, aber hart wie Titan

Forscher haben einen neuen „Wunderstoff“ geschaffen: sehr leicht, dabei aber extrem stabil und belastbar. Das Geheimnis liegt in den Poren.
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Das Elektronenmikroskop macht die Nanoporen des neuen Materials sichtbar. (Foto: University of Pennsylvania)
Metallisches Holz

Das Elektronenmikroskop macht die Nanoporen des neuen Materials sichtbar. (Foto: University of Pennsylvania)

BerlinLeicht wie Holz, aber stabil wie Titan ist ein neuartiges Material, das Forscher der University of Pennsylvania entwickelt haben. Was ihrem „metallischen Holz“ seine besonderen Eigenschaften verleiht, beschreiben die Forscher um James Pikul im Fachmagazin Nature Scientific Reports.

„Wir nennen das Material ‚metallisches Holz’ zum einen wegen seiner holzähnlichen Dichte, zum anderen wegen seiner zellulären Natur“, so Pikul. Das Besondere an solchen zellulären Materialen: Sie sind porös – so wie Holz, das einerseits aus dichten Bestandteilen mit hoher Festigkeit besteht, andererseits aber auch porös genug ist, um den Stofftransport von und zu den Zellen zu ermöglichen.

Diese Doppelstruktur verleiht Holz eine große Festigkeit bei vergleichsweise geringem Gewicht. Für ihr Metallholz orientierten sich Pikul und Kollegen an dem natürlichen Vorbild und schufen ein auf der Nanoebene hoch poröses Material auf Nickelbasis.

Dazu bauten sie zunächst eine Art Nanogerüst aus winzigen Polystyrol-Kugeln, einem weit verbreiteten Kunststoff. Dieses Gerüst beschichteten sie mit Nickel, wobei das Metall auch die Hohlräume zwischen den Kunststoff-Kügelchen ausfüllte. Anschließend entfernten die Forscher den Kunststoff mit einem Lösungsmittel.

Das so entstandene Metall besteht aus einer Vielzahl winziger Nickelstreben, durchzogen von Hohlräumen, die von den verschwundenen Polystyrol-Kugeln hinterlassen wurden. Eine hoch poröse Angelegenheit, denn die Hohlräume machen rund 70 Prozent des Materials aus.

Wie widerstandsfähig diese Porenstruktur ist, konnten die Forscher bei entsprechenden Tests nachweisen: Ihr metallisches Holz erwies sich als ähnlich belastbar wie Edelstahl oder bestimmte Titan-Legierungen. Gleichzeitig sorgt die Porenstruktur für ein im Vergleich zu den genannten Metallen deutlich geringeres Gewicht.

Noch wissen Pikul und seine Kollegen nicht alles über die Eigenschaften ihres Metallholzes. „Wir brauchen etwa noch ein besseres Verständnis darüber, wie mögliche Defekte in den Metallstreben die Eigenschaften des Materials insgesamt beeinflussen können“ so der Forscher.

„In Zukunft könnten wir die Hohlräume auch mit anderen Stoffen füllen – zum Beispiel Material zum Speichern von Energie“, führt Pikul weiter aus. Das könnte die Tür öffnen für eine neue Generation von leichten und zugleich sehr robusten Batterien.

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