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Ungleich und doch ähnlich: Die Vielschichtigkeit von Materialien

09.08.2010
Stahl ist eines der wichtigsten Baumaterialien, Perlmutt verwenden die Schmuckindustrie und die Muscheln. Holz spielt seit Beginn der Menschheitsgeschichte eine Rolle und Kunststoff umgibt uns in den letzten Jahrzehnten. Was diese Materialien auszeichnet und worauf sie Chemiker untersuchen, berichten die „Nachrichten aus der Chemie“.

Erst die Mischung von organischem und anorganischem Material im richtigen Verhältnis optimiert die Festigkeit und Zähigkeit des Perlmutts. Die harte Außenschicht der Austernschale besteht überwiegend aus Kalziumkarbonat in der Modifikation Aragonit.

Um sich vor Fressfeinden zu schützen, braucht die Auster jedoch mehr als diese eine Komponente – erst die hauchdünne Perlmuttschicht wehrt die meisten äußeren mechanischen Einflüsse ab. Sie enthält neben dem anorganischen Kalziumkarbonat einen organischen Biokleber: eine wenige Nanometer dünne Proteinschicht verbindet die Aragonitkristalle und verzögert oder lenkt entstehende Risse um.

Auch beim Stahl kommt es auf das richtige Verhältnis an: Gibt man zur Eisenkohlenstoff-Legierung ein wenig Silizium und Aluminium, erhält man Trip-Stahl (transformation induced plasticity). Diese durch die Zusätze entstandene feine und komplexe Gefügestruktur bewirkt die Festigkeit und gleichzeitige Dehnbarkeit dieses besonderen Stahls.

Weitere Materialien wie Kunststoff, Holz und Füllstoffe vereinen in sich gegensätzliche Eigenschaften und kommen dem idealen Material „hart wie Stein und elastisch wie Gummi“ ein kleines Stück näher. Derartige herausragende Eigenschaften werden nur erreicht, wenn sich verschiedene Komponenten in heterogenen Materialien vereinen.

Gibt es somit ein Prinzip der Heterogenität?

Der Wissenschaftler Andreas Hartwig für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung geht der Frage nach dem Prinzip der Heterogenität nach. Die PDF-Datei des Beitrags gibt es bei der Redaktion der „Nachrichten aus der Chemie“ unter nachrichten@gdch.de.

Nahezu 80.000 anspruchsvolle Chemiker und Chemikerinnen aus Wissenschaft, Wirtschaft und Lehre informieren sich mit den „Nachrichten aus der Chemie" über Entwicklungen in der Chemie, in angrenzenden Wissenschaften sowie über gesellschaftliche und wirtschaftliche Aspekte. Kennzeichen der Zeitschrift der Gesellschaft Deutscher Chemiker sind das breite Spektrum der Berichte, das einmalige Informationsangebot an Personalien, Veranstaltungs- und Fortbildungsterminen sowie der große Stellenmarkt.

Dr. Ernst Guggolz | idw
Weitere Informationen:
http://www.gdch.de/nachrichten
http://www.gdch.de/taetigkeiten/nch/jg2010/h05_10.htm

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