Neuer nanoporöser Werkstoff entdeckt

Einen neuen nanoporösen Werkstoff, hergestellt auf der Grundlage von Nickelbasis-Superlegierungen, haben Wissenschaftler am Institut für Werkstoffe (IfW) der Technischen Universität Braunschweig entwickelt.

Das Material ist feinproriger als jedes andere heute bekannte metallische Material und verspricht daher vielfältige Einsatzmöglichkeiten im Mikro- und Nanobereich.

Die gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Kanäle sind weniger als ein tausendstel Millimeter klein. Der Werkstoff eignet sich daher ideal für künftige Anwendungen als Filter gegen Viren und Bakterien, Abgase und möglicherweise lungengängige, also gesundheitsgefährdende Partikel. Konkurrenzlos gegenüber vergleichbaren nanoporösen Materialien beispielsweise aus Keramik ist der metallische Werkstoff insbesondere durch seine mechanische Belastbarkeit und seine thermische und elektrische Leitfähigkeit. Sie erlaubt Einsatzmöglichkeiten in der Phasenseparation, in katalytischen Prozessen und Wärmetauschern in Mikrokomponenten. Dies kann künftig neue Produktformen überhaupt erst ermöglichen.

Für den Bau von miniaturisierten Brennstoffzellen, wie sie beispielsweise mittelfristig als Energiequelle für tragbare Geräte eingesetzt werden sollen, ist es unter Anderem notwendig, den flüssigen Brennstoff zu verdampfen. Dies kann durch Einsatz des nanoporösen Metalls auf wesentlich kleinerem Raum erfolgen und so zur Miniaturisierung der entsprechenden Bauteile führen – entsprechende Kontakte zu einem Hersteller von Brennstoffzellen hat das Institut bereits aufgenommen. Aber auch in großen Anlagen wie Flugtriebwerken kann der neue Werkstoff zur sogenannten Transpirationskühlung, bei der das Kühlmedium durch feinste Poren „ausgeschwitzt“ wird, eingesetzt werden und die Turbinen dadurch erheblich leistungsfähiger machen.

Prof. Dr. Joachim Rösler und Dr. Debashis Mukherji vom IfW erforschen seit längerem das Potenzial von Nickelbasis-Superlegierungen. Dabei haben sie ein Phänomen nutzbar gemacht, das bisher als unerwünscht galt: Mit dem Anlegen mechanischer Spannungen und hoher Temperaturen formen sich feinste würfelförmige Ausscheidungen, die den Superlegierungen ihre herausragende Festigkeit verleihen, von selbst zu sogenannten Flößen um, die allerdings – anders als die Wasserfahrzeuge – fest miteinander verbunden sind. Wird im Folgenden die umgebende Matrix herausgeätzt, so ergeben sich die nanoporösen Strukturen. Je nach Stärke der zuvor angelegten Spannung können die Forscher sie in unterschiedlichen Abmessungen herstellen.

Generell beschäftigt sich das IfW mit weit in die Zukunft weisenden Ansätzen auf dem Gebiet metallischer Werkstoffe; dabei richtet sich die Forschung an den technischen und industriellen Anforderungen aus, die mittelfristig von Bedeutung sein werden. Traditionell arbeitet das Institut dabei mit verschiedenen Unternehmen, zum Beispiel im Bereich Turbinenbau, zusammen.

Kontakt:

Technische Universität Braunschweig
Institut für Werkstoffe
Langer Kamp 8, 38116 Braunschweig

Prof. Dr. Joachim Rösler
Tel: 0531/391-3061
E-Mail: j.roesler@tu-bs.de

Dr. Debashis Mukherji
Tel: 0531/391-3063
E-Mail: d.mukherji@tu-bs.de