Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit dem Lift ins All

18.06.2013
Materialwissenschaftler der Universität Jena stellen neuen Polymer-Keramik-Verbundwerkstoff vor

Der Weltraum mit seinen unendlichen Weiten beflügelt nicht nur regelmäßig die Fantasie von Schöpfern von Science-Fiction-Literatur, Hollywood-Filmen oder TV-Serien. Auch für die Wissenschaft ist das All eine Herausforderung.


Im Polymerträger ausgerichtete Kohlenstoff-Nanoröhren mit dem Transmissionselektronenmikroskop abgebildet.

Und obwohl die Erforschung oder gar Besiedelung fremder Welten durch Raumfahrer wohl noch in ferner Zukunft liegt, wird der erdnahe Weltraum bereits heute intensiv genutzt: durch Raumstationen oder künstliche Satelliten, die Wetter und Klima erkunden oder zu Telekommunikationszwecken die Erde umrunden.

Die Materialien für Raumstationen oder Satelliten werden heute mit Raketen in die Erdumlaufbahn befördert. „Doch das ist nicht nur teuer, sondern verbraucht auch wertvolle Rohstoffe“, sagt Prof. Dr. Klaus D. Jandt von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Denn: die Raketen können nur einmal für den Transport genutzt werden. „Daher wird derzeit intensiv nach Alternativen für den Weg in den Orbit gesucht“, so der Inhaber des Lehrstuhls für Materialwissenschaft weiter.
Große Hoffnungen setzen Jandt und seine Kollegen in das Konzept eines Weltraumlifts, bei dem eine Gondel von der Erdoberfläche bis zu einer geostationären Raumstation fährt und Satelliten direkt an Ort und Stelle aussetzt. Den Jenaer Materialwissenschaftlern ist nun ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung der Grundlagen dafür gelungen: Wie der Physiker Matthias Arras, Prof. Jandt und ihre Kollegen von der Uni Jena in der aktuellen Ausgabe des renommierten amerikanischen Journals „Carbon“ berichten, haben sie einen neuen Polymer-Keramik-Verbundstoff entwickelt, der Potenzial für einen späteren Einsatz in einem Weltraumlift hat (DOI: 10.1016/j.carbon.2013.04.049).

Basis des neuartigen Materials sind Kohlenstoff-Nanoröhrchen (engl. carbon nano tubes, kurz CNT). „Diese zigarrenförmigen Röhren aus reinem Kohlenstoff sind bis zu 30-mal zugfester als Stahl und dabei wesentlich leichter“, erläutert Jandt. Dies mache sie gerade für eine Anwendung als „Aufzugsseil“ in den Orbit interessant, das nicht nur extrem zugfest, sondern auch sehr leicht sein müsste. „Mit keinem anderen bisher bekannten Material wäre ein solches Seil zu realisieren“, weiß Jandt.

Doch die CNTs können ihre Eigenschaft nur dann entfalten, wenn sie alle in eine Richtung orientiert sind, „etwa so wie Zigarren in einer Zigarrenkiste,“ sagt Prof. Jandt und fährt fort: „Es bereitet immer noch Probleme, die Ausrichtung der CNTs, die einen Durchmesser von nur wenigen milliardstel Meter haben, zu erreichen“.

Und genau da ist den Jenaer Forschern nun ein Durchbruch gelungen. Sie brachten die CNTs zunächst in eine Polymerschmelze ein, die anschließend stark verstreckt (gezogen) wurde. „Durch das Ziehen an der Kunststoff-Schmelze entsteht ein hochorientierter Polymerträger“, sagt Matthias Arras, der Doktorand in Prof. Jandts Team ist. Dadurch ist der Polymerträger an sich schon sehr zugfest. Beim Erstarren der Polymerschmelze bildet sich ein amorpher Polymeranteil und es findet eine Grenzflächenkristallisation statt. Kristalle wachsen während des Ziehens geordnet auf den Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf und verbinden sich mit diesen. „Die Polymerketten des amorphen Teils des Polymers verhaken sich während des Ziehens an den Kristallen auf den Kohlenstoff-Nanoröhren und ziehen diese so während der Verstreckung alle in eine Richtung“, erklärt Arras. „So entsteht eine extrem hohe Ausrichtung der Röhrchen, die so in Polymeren noch nicht beobachtet wurde.“

Da Kohlenstoff-Nanoröhrchen ähnliche physikalische Eigenschaften wie Keramiken haben, werde sie zu dieser Werkstoffgruppe gezählt. „Wir erwarten fantastische neue Eigenschaften des neuen Polymer-Keramik-Verbundwerkstoffes“, freut sich Professor Jandt, warnt aber vor zu großer Euphorie: „Bis zum Einsatz des Weltraumlifts werden sicher noch einige Jahre vergehen.“

Original-Publikation:
Arras MML et al. Alignment of multi-wall carbon nanotubes by disentanglement in ultra-thin melt-drawn polymer films. Carbon (2013), http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2013.04.049

Kontakt:
Prof. Dr. Klaus D. Jandt
Otto-Schott-Institut für Materialforschung der Universität Jena
Löbdergraben 32, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947730
E-Mail: k.jandt[at]uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Hält die Klebung?
29.05.2017 | Technische Hochschule Mittelhessen

nachricht Wussten Sie, dass Verpackungen durch Flash Systeme intelligent werden?
23.05.2017 | Heraeus Noblelight GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht

Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen. Wissenschaftler der Universität Johannesburg, des Instituts für Angewandte Optik der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) präsentieren im Fachblatt „Journal of Optics“ eine neue Möglichkeit, glasfaserbasierte und kabellose optische Datenübertragung effizient miteinander zu verbinden.

Dank des Internets können wir in Sekundenbruchteilen mit Menschen rund um den Globus in Kontakt treten. Damit die Kommunikation reibungslos funktioniert,...

Im Focus: Strathclyde-led research develops world's highest gain high-power laser amplifier

The world's highest gain high power laser amplifier - by many orders of magnitude - has been developed in research led at the University of Strathclyde.

The researchers demonstrated the feasibility of using plasma to amplify short laser pulses of picojoule-level energy up to 100 millijoules, which is a 'gain'...

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebensdauer alternder Brücken - prüfen und vorausschauen

29.05.2017 | Veranstaltungen

49. eucen-Konferenz zum Thema Lebenslanges Lernen an Universitäten

29.05.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz an der Schnittstelle von Literatur, Kultur und Wirtschaft

29.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Latest News

New insights into the ancestors of all complex life

29.05.2017 | Earth Sciences

New photocatalyst speeds up the conversion of carbon dioxide into chemical resources

29.05.2017 | Life Sciences

NASA's SDO sees partial eclipse in space

29.05.2017 | Physics and Astronomy