Metallisches Holz ist extrem leicht und fest
Poröses Nickel ist laut Wissenschaftler optimales Strukturmaterial und Stromspeicher zugleich
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Metallisches Holz unter dem Elektronenmikroskop (Foto: Penn Engineering) |
Urbana-Champaign/Cambridge (pte002/30.01.2019/06:05) Ein Bauteil aus Nickel ist so fest wie Titan, aber vier bis fünf Mal leichter. Vorbild ist die Natur, genauer Holz. Die Forscher an der University of Illinois http://illinois.edu haben mit Kollegen der University of Cambridge http://cam.ac.uk das Bauteil so aufgebaut, dass es durchlöchert ist wie ein Schweizer Käse, allerdings mit einem gravierenden Unterschied: Die Poren sind so klein, dass sie nur unter dem Elektronenmikroskop zu sehen sind.
Für Flugzeuge und Prothesen
Die Poren in natürlichem Holz dienen dazu, Wasser bis in die obersten Äste zu transportieren. Auch die Poren in dem ungewöhnlichen Nickel-Bauteil lassen sich mit Flüssigkeiten füllen, etwa mit anodischem und kathodischem Material. Dann kann es zusätzlich zu seinem funktionellen Nutzen auch Strom erzeugen. Die Flügel von Flugzeugen oder Prothesen aus diesem Material wären gleichzeitig Batterien.
"Der Grund dafür, dass wir das Material metallisches Holz nennen, ist nicht seine Festigkeit. Es ist wegen seiner zellularen Struktur", so James Pikul, Professor für Mechanik an der Hochschule in Urbana-Champaign. Wenn man es sich genauer ansehe, entdecke man Teile, die dick und fest sind. Sie sorgten für Festigkeit. Andere Teile seien porös, sodass sie die biologisch nötigen Funktionen wie den Transport von Wasser übernehmen könnten.
Über eine Mrd. Stützelemente
Das hochfeste Nickel besteht aus Stützen und Poren. Die Stützen haben einen Durchmesser von nur zehn Nanometern. Das entspricht 100 Nickelatomen. Der Produktionsprozess beginnt mit Plastikteilchen, die einen Durchmesser von einigen 100 Nanometern haben. Diese bilden mit Wasser eine Suspension. Wenn das Wasser langsam verdampft, bilden die winzigen Kügelchen ein kristallines Gerüst. Mithilfe der Galvanotechnik, die auch zum Verchromen genutzt wird, infiltrieren die Forscher in dieses Gerüst Nickelatome. Wenn das Gerüst gesättigt ist, lösen die Forscher den Kunststoff auf. Zurück bleibt poröses Nickel.
"Wir haben schon Folien mit einer Fläche von einem Quadratzentimeter hergestellt", sagt Pikul und fügt hinzu: "Um es anschaulich zu machen: In diesem Stückchen Nickel befinden sich mehr als eine Mrd. Stützelemente." 70 Prozent des Materials bestünden aus Luft. Deswegen sei es so leicht. Jetzt arbeitet sein Team daran, größere Teile herzustellen, um Bauteile herstellen zu können, die für Konstruktionen geeignet sind.
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