Zement, so stabil wie der Stachel eines Seeigels

Zement, der wie ein Seeigelstachel strukturiert ist, ist mehr als doppelt so stabil wie Stahl. Dies haben deutsche Forscher herausgefunden.

Quelle: Univsersität Konstanz

Struktur eines Seeigelstachels durchs Mikroskop gesehen.

Obwohl die Stachel von Seeigeln grösstenteils aus Kalk bestehen, sind sie tatsächlich viel bruchfester als Kalk. Der Grund dafür liegt ihrer besonderen Struktur. Sie ähnelt derjenigen einer Backsteinmauer: Beim Mauern werden Ziegel aneinander gefügt und mit Mörtel verklebt, dahinter steckt das Prinzip hart – weich – hart – weich. Seeigelstacheln funktionieren ähnlich, weil sie aus hartem Kalk und gleichzeitig einer weichen Schicht bestehen.

Wirken Kräfte auf die Stachel oder vielmehr auf deren eigentlich brüchigen Kalk ein, spaltet sich dieser zwar, aber die Energie trifft daraufhin auf eine weiche Schicht. Weil diese sich nicht spaltet, hält sie den Riss so auf. Ein dünner Schnitt durch einen Seeigelstachel belegt dies: Kristalline Bausteine in geordneter Struktur sind von einem weicheren amorphen Bereich aus Kalziumkarbonat umgeben. – Dieses Bauprinzip findet sich auch bei in Muschelschalen oder Knochen.

„Wir versuchen von der Natur zu lernen“, sagt Helmut Cölfen von der Arbeitsgruppe Physikalische Chemie der deutschen Universität Konstanz. Ihm ist es zusammen mit seinen Kollegen gelungen, dieses Prinzip im Nanomassstab für Zement nachzubilden. „Unser Zement, der deutlich bruchfester ist, als alles, was in diesem Bereich bislang bekannt ist, eröffnet ganz neue Möglichkeiten zu bauen.“ Errichtete man eine Säule aus diesem Material, so könnte dies laut Cölfen 8000 Meter hoch sein, ohne dass das Material im unteren Bereich der Säule durch den Druck darüber liegenden Materials zerstört würde. Zum Vergleich: Bei Stahl wären lediglich 3000 Meter möglich. (mai/mgt)