Neue bioinspirierte Materialien für innovative Anwendungen
Der Beitrag „Bioinspired Materials Engineering“ thematisiert unter anderem Templating. Bild: Prof. Cordt Zollfrank, TU-München
Diese Veröffentlichung gibt einen aktuellen Überblick über den Stand der Entwicklung neuer bioinspirierter und bionischer Materialien, deren Herstellung, Anwendung und Einsatzgebiete. Anhand einer Auswahl an Beispielen werden innovative Produkte aufgezeigt und anschließend ein Blick auf die zukünftigen Trends im Einsatz neuer Materialien gewagt.
Von modernen Materialien wird heutzutage mehr erwartet als das Erfüllen einzelner Funktionen wie mechanische Festigkeit oder elektrische, optische oder magnetische Eigenschaften. Die Anforderungen gehen immer mehr dahin, multifunktionelle, adaptive, interaktive und auf Signale reagierende Materialeigenschaften zu kombinieren.
Biologische Materialien können viele dieser Anforderungen erfüllen, sind synthetischen Materialien häufig überlegen und werden in der Technik deshalb nach wie vor oft eingesetzt. Mittlerweile können diese Eigenschaften aber auch mit bioinspirierten Polymeren, Keramiken, Glass oder Beton erzeugt werden.
Natürliche Materialien vereinen unterschiedliche Eigenschaften wie eine hohe Belastbarkeit, Fehlertoleranz, Adaptation, Modularität und Mulitfunktionalität, wodurch sie sich für die verschiedensten Einsatzgebiete qualifizieren. Natürliche Materialien wachsen in hierarchischen Strukturen und sind in der Lage sich auf Umweltbedingungen durch Umbau anzupassen.
Im Gegensatz dazu sind technische Materialien in der Regel homogen und dahingehend optimiert, dass sie nur wenige Funktionen erfüllen. Für die Erarbeitung neuer Lösungsansätze für technologische Herausforderungen ist es daher besonders zielführend, sich von dem enormen Reservoir biologischer Strukturen, Prozesse und Funktionen inspirieren zu lassen.
Der aktuelle Beitrag „Bioinspired Materials Engineering“ der Autoren Zollfrank (Technische Universität München), Scheibel (Universität Bayreuth), Seitz (VDI Technologiezentrum) und Travitzky (Universität Erlangen-Nürnberg) beleuchtet Grundlagen und mögliche Verfahren für die Herstellung bioinspirierter Materialien wie das Biotemplating, Festkörper-Transformationen, die Herstellung von biomakromolekularen Templates unter milden Milieubedingungen (Soft Chemical Processing) sowie deren Erzeugung mittels biotechnologischer Verfahren.
Aus allen Bereichen wird anhand von Beispielen erläutert, wie bioinspirierte Materialien hergestellt und eingesetzt werden, z. B. die künstliche Spinnenseide oder hierarchisch strukturierte Keramik. Ebenfalls wird der Einsatz additiver Verfahren für die Herstellung neuer und bioinspirierter Materialien beschrieben.
Ein Blick in die Zukunft lässt erkennen, dass strukturierte und hierarchisch aufgebaute Werkstoffe die Voraussetzung für innovative und verbesserte Materialien mit einer maßgeschneiderten Multifunktionalität sind.
Der Beitrag „Bioinspired Materials Engineering“ ist im Juli 2014 in der Ullmann’s Encyclopedia of Indusrial Chemistry erschienen und kann dort kostenpflichtig heruntergeladen werden.
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Cordt Zollfrank
Technische Universität München
cordt.zollfrank@tum.de
Dr. Heike Seitz
VDI Technologiezentrum GmbH
seitz@vdi.de
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.s04_s01/abstract – Abstract des Beitrags „Bioinspired Materials Engineering“
http://onlinelibrary.wiley.com/book/10.1002/14356007 – Wiley Online Library
http://eu.wiley.com/WileyCDA/Section/id-407379.html – Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
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Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.
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