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 Neue Biotinte für den Druck gewebeähnlicher Strukturen
19.10.2017 | Forschungszentrum Jülich, Jülich Centre for Neutron Science

nachricht Was winzige Strukturen über Materialeigenschaften verraten
19.10.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise