Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Transparentes künstliches Perlmutt mit Ziegelmauer im Nanometer-Maßstab

20.01.2015

Natürliche Materialien bestechen durch ihre brillanten mechanischen Eigenschaften, die auf einer raffinierten Anordnung und Kombination verschiedener Bausteine beruhen. Ein Schwerpunkt der aktuellen Materialforschung liegt daher auf der Entwicklung bioinspirierter Werkstoffe, deren Beschaffenheit mit der Qualität biologischer Materialien konkurrieren kann.

Die Forschungsgruppe um Dr. Andreas Walther am DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien in Aachen entwickelte jetzt einen Perlmutt-inspirierten Nano-Verbundwerkstoff, der bemerkenswerte mechanische Charakteristika mit Glas-ähnlicher Transparenz sowie einer hohen Gas- und Feuerbarriere kombiniert (Nature Communications, 2015).


Mit den Tricks der Natur entwickelt das DWI neue Werkstoffe. Gezeigt ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme eines transparenten Perlmutt-Imitats.

Foto: P. Das, A. Walther / DWI

Die Struktur von Perlmutt ähnelt einer Ziegelmauer, wenn auch im mikroskopischem Maßstab: Kalziumcarbonat-Plättchen (die ‚Ziegelsteine‘) wechseln sich mit einer weichen Biopolymermasse (dem ‚Mörtel‘) ab. Während die harten Plättchen die eigentliche Last tragen und die Struktur festigen, leiten die weichen Polymerbestandteile von außen einwirkende Energie ab, was insgesamt zu einer hohen Stabilität bei verhältnismäßig geringem Gewicht führt.

Perlmutt wird als Goldstandard natürlicher Materialien bezeichnet, da es extrem steif und gleichzeitig bruchzäh ist, eine Merkmalskombination, die in synthetischen Materialien nur schwer zu realisieren ist. Problematisch für Wissenschaftler war bisher der hohe Aufwand beim Nachbau derartiger Strukturen. Darüber hinaus war es bislang keiner Forschungsgruppe gelungen, transparente Perlmutt-mimetische Filme und Folien herzustellen.

Andreas Walther und sein Team setzen hierzu auf synthetische Schichtsilikat-Plättchen als Grundbaustein für das Perlmutt-Imitat. Dies verbessert insbesondere die Transparenz des Materials. Auch am Herstellungsprozess feilten die Aachener: „Bei Muscheln kann sich das Perlmutt in einem langsamen Wachstumsprozess bilden, für unser neues Hybridmaterial nutzen wir dagegen einen einfachen und schnellen Selbstanordnungseffekt“, so der 34-jährige Chemiker.

Im ersten Arbeitsschritt versehen die Wissenschaftler die hauchdünnen Schichtsilikate mit einer Hülle aus Polyvinylalkohol (‚Mörtel auf dem Ziegelstein’) und lassen diese Kern/Schale-Bausteine anschließend durch Wasserentzug selbstständig aggregieren. Nach weniger als 24 Stunden ist der Nano-Verbundwerkstoff fertig.

Um mehr darüber zu erfahren, wie die Beschaffenheit der Einzelkomponenten die Merkmale des resultierenden Materials beeinflusst, verglichen die Wissenschaftler Schichtsilikate mit ganz verschiedenen Größen. „Sind die Schichtsilikate besonders klein, erhält man ein extrem bruchzähes Material.

Bei großen Schichtsilikaten, ihre Länge entspricht hier einem 3500-fachen der Dicke, entsteht dagegen ein sehr steifes und festes Material, welches in seiner Beschaffenheit an aufwendig herzustellende Faserverbundwerkstoffe heranreichen kann“, erklärt DWI-Doktorandin Paramita Das. Besonders interessant sind zudem die Glas-ähnliche Transparenz und die extrem niedrige Gasdurchlässigkeit des Nanokomposits.

Durch diese Kombination von Eigenschaften kann das Perlmutt-Imitat aus Aachen neben dem Einsatz als strukturelles Materials auch zukünftige Anwendung bei der Lagerung von Gas und in der Verpackung von Lebensmitteln finden. Darüber hinaus könnte es insbesondere als Substrat und zur Verkapselung oxidationsempfindlicher organischer Elektronik in flexiblen Displays dienen.

Publikation:
P. Das, J.-M. Malho, K. Rahimi, F. H. Schacher, B. Wang, D. E. Demco, A. Walther
Nacre-Mimetics with Synthetic Nanoclays up to Ultrahigh Aspect Ratios
Nature Communications (2015), doi: NCOMMS6967

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/ncomms/2015/150120/ncomms6967/full/ncomms6967.html

Dr. Janine Hillmer | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.dwi.rwth-aachen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Europäisches Exzellenzzentrum für Glasforschung
17.03.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Vollautomatisierte Herstellung von CAD/CAM-Blöcken für kostengünstigen, hochwertigen Zahnersatz
16.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Im Focus: Physiker erzeugen gezielt Elektronenwirbel

Einem Team um den Oldenburger Experimentalphysiker Prof. Dr. Matthias Wollenhaupt ist es mithilfe ultrakurzer Laserpulse gelungen, gezielt Elektronenwirbel zu erzeugen und diese dreidimensional abzubilden. Damit haben sie einen komplexen physikalischen Vorgang steuern können: die sogenannte Photoionisation oder Ladungstrennung. Diese gilt als entscheidender Schritt bei der Umwandlung von Licht in elektrischen Strom, beispielsweise in Solarzellen. Die Ergebnisse ihrer experimentellen Arbeit haben die Grundlagenforscher kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ veröffentlicht.

Das Umwandeln von Licht in elektrischen Strom ist ein ultraschneller Vorgang, dessen Details erstmals Albert Einstein in seinen Studien zum photoelektrischen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

Unter der Haut

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Neues Schiff für die Fischerei- und Meeresforschung

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mit voller Kraft auf Erregerjagd

22.03.2017 | Biowissenschaften Chemie