Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

ETH-Forscher entwickeln neues Verbundmaterial

22.02.2008
Materialforscher der ETH Zürich haben sich die Natur zum Vorbild genommen und ein Verbundmaterial geschaffen, das ähnliche Eigenschaften wie Perlmutt von Muscheln besitzt. Ihre Arbeit wurde soeben im Fachmagazin "Science" veröffentlicht.

Für den technologischen Fortschritt braucht es neue und bessere Werkstoffe. Die Materialien sollten leicht, fest und zugleich zäh sein. Perlmutt im Innern von Muschelschalen ist ein Beispiel dafür, wie die Natur diese Aufgabe löst.

Seine guten Eigenschaften verdankt das Perlmutt dem Aufbau in Schichten. Es setzt sich zu 95% aus steifen keramischen Plättchen zusammen, die in einem weichen Biopolymer eingebettet sind. Materialforscher der ETH um Prof. Ludwig Gauckler, Professor für Nichmetallische Werkstoffe, haben nun einen neuen Verbundstoff entwickelt, der dem natürlichen Perlmutt nachempfunden ist.

Der Aufbau dieses künstlichen Hybrid-Materials ist mit einer Backsteinmauer vergleichbar. Winzige, hochfeste Aluminiumoxidplättchen dienen dabei als Backsteine, das Polymer Chitosan hat die Funktion des Mörtels. Das Prinzip, ein Polymer mit anorganischen Plättchen zu mischen, um daraus ein Material mit neuen mechanischen Eigenschaften herzustellen, ist an sich nicht neu. Wichtig sei in diesem Fall jedoch gewesen, die Plättchen konsequent einzeln und klar voneinander getrennt auf das Polymer aufzutragen, betont Gauckler.

... mehr zu:
»Verbundmaterial

Lebenden Organismen wie Muscheln steht nur ein begrenztes Arsenal an Bausteinen zur Verfügung. Besonders die Aragonitplättchen in Perlmutt sind weniger fest als künstliche keramische Plättchen. Die Verwendung solcher hochfester Plättchen macht den Verbundwerkstoff, den die Forschenden der ETH Zürich entwickelt haben, doppelt so stark wie natürliches Perlmutt. Er lässt sich zum Beispiel um 25 Prozent deformieren, ehe er bricht. Perlmutt dagegen geht bei einer Deformation von zwei Prozent bereits in die Brüche.

"Bei der Steifigkeit ist das Naturprodukt dem Kunstprodukt jedoch überlegen", sagt Lorenz Bonderer, Doktorand und Erstautor der Studie. Die Steifigkeit des neuen Materials ist bis zu sieben Mal tiefer als die von Perlmutt, das heisst Perlmutt hat einen grösseren Widerstand gegen Verformung. Ursache für dieses Phänomen ist, dass in der Natur zwar die einzelnen Plättchen schwächer, dafür komplexer angeordnet und zahlreicher sind.

Das neue Verbundmaterial hat noch ein grosses Verbesserungspotential. So sollen beispielsweise andere Polymere oder Plättchen mit einer anderen Geometrie einsetzt werden. Die Fabrikation wird dadurch möglicherweise erleichtert. Auch die Grenzflächen zwischen Plättchen und Polymer können noch optimiert werden - eine Idee, die man zusammen mit einer Forschungsgruppe vom Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle weiterentwickelt.

Die Kombination von exzellentem Struktur-Design aus der Natur und künstlichen Bausteinen könnte in Zukunft auch zu anderen Verbundwerkstoffen mit einzigartigen mechanischen Eigenschaften führen. Die konkreten Anwendungen des "künstlichen Perlmutts" stehen im Moment nicht im Vordergrund. Dazu sei es noch zu früh, meint Gauckler. Einen solchen Verbundwerkstoff könnte man überall dort, wo feste und flexible Folien benötigt werden, einsetzen.

Originalbeitrag: Bonderer, Lorenz J., André R. Studart & Ludwig J. Gauckler (2008): Bio-inspired Design and Assembly of Platelet Reinforced Polymer Films, Science Vol. 319, 1069 (2008) DOI: 10.1126/science.1148726

Weitere Informationen:
Lorenz Josef Bonderer
ETH Zürich
Professur für Nichtmetallische Werkstoffe
Telefon +41 (0)44 632 68 53
lorenz.bonderer@mat.ethz.ch

Franziska Schmid | idw
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Berichte zu: Verbundmaterial

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Kunststoffstrang statt gefräster Facette: neue Methode zur Verbindung von Brillenglas und -fassung
28.04.2017 | Technische Hochschule Köln

nachricht Beton - gebaut für die Ewigkeit? Ressourceneinsparung mit Reyclingbeton
19.04.2017 | Hochschule Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie