Nanoröhren gegen Materialbruch

„Sandwich-„Methode erhöht Festigkeit

Kleine, aber äußerst robuste Kohlenstoff-Nanoröhren zwischen zwei Kunststoffschichten sind laut Angaben ihrer Entwickler die neue „revolutionäre“ Errungenschaft in der Nanotechnologie. Das Material sei sechs Mal stärker als herkömmliche Bestandteile aus Kohlenstoff-Fasern und damit so robust wie einige ultrafeste Keramikmaterialien. Der Werkstoff könnte in der Weltraumtechnik und bei medizinischen Implantaten eingesetzt werden, berichtet das internationale Forscherteam unter der Leitung der Oklahoma State University in Stillwater heute, Montag, im Fachmagazin Nature .

Der Werkstoff ist aufgrund des Ausgangsmaterials Kohlenstoff vollständig organisch und ebenso leichtgewichtig wie herkömmliche Kohlenstofffaser-Materialien. Schon seit der Entdeckung im Jahr 1991 hofften Forscher, dass Karbon-Nanoröhren die ultimativen Kohlenstoff-Fasern werden. In Tests an separaten Röhren wurde zwar bewiesen, dass sie bei weitem fester und steifer als jene Kohlenstoff-Fasern, die für Materialien in Tennisschlägern und Rennautos eingesetzt werden, sind. Der Einbau der Röhren in Faser-Verbund-Materialien hat sich aber als schwierig erwiesen.

Gewöhnlich werden Fasern in eine feste „Matrix“ eingebettet, wie z.B. in Polymerharze, die für Glasfasern verwendet werden. Werden Nanoröhren aber mit Polymeren vermischt, neigen sie zur Klumpenbildung. Wenige Nanoröhren wiederum verbessern zwar die Mischung, das Material ist aber weniger fest.

Das Forscherteam unter Leitung von Nicholas Kotov entwickelte einen Werkstoff, indem er Molekülschichten der Nanoröhren stapelte und obenauf ein Polymer setzte. Die Nanoröhren werden alternativ in Wasser oder eine Polymerlösung getaucht. Dadurch bleiben entweder eine Nanoröhren-Schicht oder Polymer-Moleküle an der Oberfläche kleben. Das Schichtmaterial wird noch härter, wenn chemische Gruppen an den Nanoröhren befestigt werden. Diese bilden bei Erwärmung oder einer chemischen Behandlung des Materials mit dem Polymer Brücken. Das endgültige Material enthält 50 Prozent Nanoröhren. Einziger Wermutstropfen: Die kommerzielle Produktion der Nanoröhren ist sehr teuer.