Stahlhartes Leichtgewicht für den Brückenbau?
Ein ultraleichtes Material, das viel weniger als Plastik wiegt, aber zehn Mal so hart wie Stahl ist – einen solchen Werkstoff haben Wissenschafter vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt. Seine Eigenschaften beruhen auf dem sogenannten Graphen; Es gilt als stärkstes Material überhaupt und besteht aus einer Lage wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome.
„Unser neues Super-Material besteht aus Graphen-Flocken, die zu einem grossen, mit Spinnweben bedecktem Netzwerk zusammengequetscht und -gedrückt werden“, erklärt der zuständige MIT-Projektleiter Markus J. Buehler. Das Endergebnis bezeichnet er als „fluffige Struktur, die ein wenig wie eine psychedelische Meereskreatur“ aussehe. Das korallenartig anmutende Gebilde beinahe völlig hohl und weist laut Buehler eine Dichte auf, die lediglich fünf Prozent von herkömmlichem Graphen beträgt.
Mit ihrer Erfindung ist den MIT-Wissenschaftlern ein Durchbruch gelungen: Sie haben es erstmals geschafft, die besonderen Eigenschaften von Graphen von der zweiten in die dritte Dimension zu überführen. Alle entsprechenden Experimente waren bisher gescheitert. „Die auf den ersten Blick fast magisch wirkenden Eigenschaften von Graphen hängen nicht unbedingt nur davon ab, welche Atome verwendet werden“, erklärt Buehler. „Das Geheimnis liegt viel eher darin, in welcher Struktur diese Atome angeordnet sind."
Um ihren „Wunder-Werkstoff“ zu erschaffen, sind die Forscher eigenen Angaben zufolge noch einmal bis an den Anfang zurückgekehrt und haben die Struktur verschiedener Materialien auf atomarem Niveau genau analysiert. Anschliessend nutzten sie die so gewonnenen Erkenntnisse zur Erstellung eines mathematischen Modells, mit dessen Hilfe sich vorhersagen lässt, wie besonders harte Super-Materialien hergestellt werden können.
Der nächste Schritt war die Anfertigung verschiedener Modelle, die auf ihre Resistenz gegenüber Druck geprüft wurden. „Nach dem Bau der ersten 3D-Strukturen wollten wir einfach wissen, wie weit wir gehen können und das härteste mögliche Material produzieren“, berichtet Co-Studienautor Zhao Qin. In Zukunft könnten auf diese Weise dann beispielsweise Brücken entstehen, die ultrahart, leichtgewichtig und besonders gut gegen Hitze geschützt sind. (mai/mgt)
