Durchsichtig und fast so fest wie Stahl

Leicht, durchsichtig und extrem fest: Diese Eigenschaften vereint ein neues Material, das nun amerikanische Forscher aus millionstel Millimeter dünnen Schichten aufbauen konnten. Der neue Werkstoff imitiert Schichtenaufbau von Muschelschalen.

Ann Arbor (USA) - Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift "Science" schreiben, sei ihr Verfahren eines der ersten, das die herausragenden Eigenschaften winziger Nanoteilchen auch auf greifbare, größere Werkstoffstücke überträgt. Anwendungen für ihr nanostrukturiertes Material sehen sie in schusssicheren Westen, im Fahrzeugbau und als Ersatz für leichte Kohlenfaserwerkstoffe.

"Bisher hatten Forscher Schwierigkeiten, die Festigkeit von Nanoröhrchen oder Nanoschichten auf ein gesamtes, großes Werkstück zu übertragen", sagt Nicholas Kotov von der University of Michigan in Ann Arbor. Doch mit flüssigem Leim und hauchdünnen Schichtsilikaten hat seine Arbeitsgruppe hier einen Erfolg erzielt. Ein selbst entwickelter Roboter tauchte dazu ein Trägermaterial abwechselnd in flüssigen Kunststoff und darauf in eine Suspension mit den nanostrukturierten Schichtsilikaten. Dabei ordneten sich die Silikate versetzt wie Steine in einer Mauer an. Der Kunststoff übernahm die Aufgabe des Mörtels. Getrocknet konnte das extrem feste, neue Material vom Träger getrennt werden.

Bis zu 300 Schichten konnten die Forscher so übereinander stapeln, doch der dabei entstandene Werkstoff wurde kaum dicker als hauchdünne Frischhaltefolie. Obwohl dieses silikathaltige Material durchsichtig bleibt, ist es beinahe so fest wie Stahl oder Kevlar. Die Erklärung dafür sehen die Wissenschaftler in zahlreichen Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb des Werkstoffs als auch in dem geschickten Schichtaufbau, der auch in der Natur für die große Festigkeit von Muschelschalen verantwortlich ist.