Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mehr als elastisch

12.05.2014

Organischer Kristall zeigt Superelastizität

Nicht nur Gummi ist elastisch. Daneben gibt es noch eine ganz andere Form von Elastizität, die „Superelastizität“, die auf einer Änderung der Kristallstruktur beruht und bisher nur bei Legierungen und bestimmten anorganischen Materialien bekannt war. Ein japanischer Wissenschaftler stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt erstmals eine superelastische organische Verbindung vor.


Terephthalamid-Kristalle reagieren bereits bei erstaunlich geringer Krafteinwirkung superelastisch.

(c) Wiley-VCH

Unter „Superelastizitat“, auch als „Pseudoelastizität“ bezeichnet, versteht man die Eigenschaft spezieller Materialien, nach beträchtlicher Verformung bei Entlastung in ihre Ausgangsform zurückzukehren. So lassen sich z.B. bestimmte Legierungen etwa zehnmal mehr dehnen als herkömmliche Federstahle, ohne bleibend verformt zu werden.

Der Mechanismus ist ein anderer als bei der gewöhnlichen Elastizität gummiähnlicher Stoffe: Bei der Gummielastizität werden die Polymerketten durch eine Dehnung gestreckt, eine Stauchung ist nicht möglich. Bei superelatischen Materialien löst eine mechanische Spannung dagegen eine Änderung der Kristallstruktur aus – ohne dass einzelne Atome dabei ihre Plätze wechseln. Bei Entlastung kehren die Stoffe wieder in die alte Struktur zurück. Solche Materialien sind interessante Kandidaten für Werkstoffe mit „Formgedächtnis“, z.B. für „selbstreparierende“ Bauteile von Autos.

Auch mehr als 80 Jahre nach der ersten Entdeckung der Superelastizität war das Phänomen bisher auf Metalllegierungen und Keramiken beschränkt; für organische Materialien war es völlig unbekannt. Satoshi Takamizawa von der Yokohama City University hat jetzt erstmals Superelastizität bei einem organischen Kristall gefunden: Terephthalamid-Kristalle reagieren bereits bei erstaunlich geringer Krafteinwirkung superelastisch.

Unter Scherspannung auf eine bestimmte Kristallfläche wird der Kristall zunächst gebeugt, dann geht er an dieser Stelle in eine andere Kristallphase über. Je mehr Druck ausgeübt wird, desto weiter breitet diese sich entlang des Kristalls aus. Wenn die Spannung nachlässt, wandert die Phasengrenze zurück durch den Kristall, die ursprüngliche Struktur wird wiederhergestellt. Takamizawa und einer seiner Studenten konnten die superelastische Umformung 100 Mal wiederholen, ohne Anzeichen für eine Materialermüdung.

Der Kristall besteht aus einzelnen Schichten schräg angeordneter Terephthalamid-Moleküle (Schichtfolge AAAAA). Unter Scherspannung ändert sich der Winkel, in dem die Moleküle in den Schichten liegen, es entsteht eine Schichtfolge A’BA’BA‘B, die dichter gepackt ist. Zusammengehalten werden die Schichtung durch ein Netzwerk von Wasserstoffbrückenbindungen, die sich unter Druck lösen und bei der Phasenumwandlung anders arrangieren.

Mögliche Anwendungen organischer superelastischer Materialien sind beispielsweise Gelenke aus nur einem Bauteil und Elemente zur Dämpfung von Schwingungen. In der Medizintechnik könnten Implantate aus derartigen Materialien so verformt werden, dass sie sich leicht einführen lassen und dann an Ort und Stelle die gewünschte Form und Größe erreichen.

Angewandte Chemie: Presseinfo 17/2014

Autor: Satoshi Takamizawa, Yokohama City University (Japan), http://nanochem.sci.yokohama-cu.ac.jp/

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201311014

Angewandte Chemie, Postfach 101161, 69451 Weinheim, Germany.

Weitere Informationen:

http://presse.angewandte.de

Dr. Renate Hoer | GDCh

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Ionen gegen Herzrhythmusstörungen – Nicht-invasive Alternative zu Katheter-Eingriff
20.01.2017 | GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH

nachricht Leibwächter im Darm mit chemischer Waffe
20.01.2017 | Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

21.500 Euro für eine grüne Zukunft – Unserer Umwelt zuliebe

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

innovations-report im Interview mit Rolf-Dieter Lafrenz, Gründer und Geschäftsführer der Hamburger Start ups Cargonexx

20.01.2017 | Unternehmensmeldung

Niederlande: Intelligente Lösungen für Bahn und Stahlindustrie werden gefördert

20.01.2017 | Förderungen Preise