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Ein künstliches und bioinspiriertes Perlmutt

11.04.2014

Keramische Materialien sind sehr zerbrechlich. Aus diesem Grund werden sie häufig mit härteren Materialien wie Polymeren oder Metallen vermischt, um so der ihnen innewohnenden Zerbrechlichkeit entgegenzuwirken. Jedoch birgt auch diese Mischung Nachteile. So schmelzen zum Beispiel Polymere bei Temperaturen von über 300°C, wodurch sie für einen Einsatz in Motoren oder Öfen nicht in Frage kommen.

Perlmutt verfügt über Eigenschaften, die denen der Keramik sehr ähnlich sind. Es besteht zu 95 % aus Kalziumkarbonat (Aragonit), einem Material mit hoher Festigkeit. Seine Struktur gleicht übereinandergestapelten Ziegeln, die durch Proteine verbunden sind. Die Ausbreitung der Risse wird durch diese komplexe und hierarchisierte Struktur begrenzt.

Forscher des Labors “Synthese und Funktionalisierung von Keramik” des französischen Zentrums für wissenschaftliche Forschung (CNRS) haben nun nach dem Vorbild der Perlmuttstruktur ein neues Material entwickelt: eine kolloidale Suspension aus gängigem Aluminiumoxidpulver und Wasser.

Diese wurde anschließend so weit heruntergekühlt, dass ein kontrolliertes Wachstum von Eiskristallen möglich wurde. Dabei kam es zu einer Selbstorganisation des Aluminiumoxids in Form einer Aufschichtung der Plättchen. Das Endprodukt entstand schließlich durch eine Verdichtung bei hoher Temperatur.

Dieses künstlich hergestellte Perlmutt ist zehnmal härter als gewöhnliche Keramik aus Aluminiumoxid. Bei der Entstehung von Rissen werden diese an ihrer Ausbreitung gehindert, da sie zunächst die einzelnen Schichten durchbrechen müssen.

Einer der Vorteile dieses Verfahrens ist, dass es sich auf alle Keramikpulver, sofern sie aus Plättchen bestehen, anwenden lässt. Darüber hinaus wäre die industrielle Umsetzung relativ unkompliziert. Aufgrund seiner Festigkeit lassen sich mit diesem Material kleinere und leichtere Bauteilen herstellen, die in den verschiedensten Bereichen zur Anwendung kommen könnten, so z. B. im Energiesektor.

Die Ergebnisse wurden am 23. März 2014 in der Online-Version der Fachzeitschrift Nature Materials [1] veröffentlicht.


 [1] Strong, tough and stiff bioinspired ceramics from brittle constituents, Florian Bouville, Eric Maire, Sylvain Meille, Bertrand Van de Moortèle, Adam J. Stevenson and Sylvain Deville, Nature Materials

Quelle: Pressemitteilung des französischen Zentrums für wissenschaftliche Forschung – 23.03.2014 – http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3473.htm

Redakteur: Grégory Arzatian, gregory.arzatian@diplomatie.gouv.fr

Weitere Informationen:

http://www.wissenschaft-frankreich.de/de/ingenieurswissenschaften/ein-kuenstlich...

Marie de Chalup | Wissenschaft Frankreich

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