Nanogitter macht Keramik weich wie Schaumstoff
Die Materialwissenschaftlerin Julia Greer vom California Institute of Technology arbeitet in einem Reich jenseits gewohnter Naturgesetze. Sie steuert den Nano-Bauplan von Stoffen und bringt so Materialien hervor, die den Erwartungen widersprechen.
Die Nanogitter verleihen den Materialien außergewöhnliche Eigenschaften.
(Bild: Courtesy of Julia R. Greer)
- Katherine Bourzac
Beim Fallenlassen eines Tellers wird die Eigenschaft herkömmlicher Keramik deutlich: Spröde und zerbrechlich ist es. Doch die letztes Jahr von Julia Greer erzeugte Keramiksubstanz ist gleichzeitig so hart und leicht wie kaum eine andere – und außerdem überhaupt nicht spröde. Das Magazin Technology Review berichtet in seiner neuen Ausgabe (am Kiosk erhältlich und online bestellbar) von Greers wundersamem Material.
Wie aus Gummi
Das Besondere des Stoffes wird in einem Demofilm deutlich. Es zeigt, wie sich langsam ein Stempel auf einen Würfel aus der neu entwickelten Keramiksubstanz senkt. Er beginnt zu zittern, bis er schließlich kollabiert. Doch sobald sich der Stempel hebt und der Druck nachlässt, richtet sich der Quader wieder auf, als sei er ein Stück Schaumgummi.
Greer arbeitet mit Präzisionsinstrumenten, um Materialien wie diese gegen Vibrationen zu isolieren. Eine der Maschinen, von zwei schweren Vorhängen geschützt, ist eine Art 3D-Drucker. Mittels Laser-Lichtblitzen baut er sehr langsam komplizierte Polymergerüste auf. Einer von Greers Studenten beschichtet dann das Polymer mit Metall, Keramik oder anderen Materialien und rasiert schließlich die Seiten ab. Durch die so entstandene Öffnung lässt sich das innere Polymergerüst nachträglich wegätzen. Das Ergebnis ist ein kleiner Materialblock aus sich einander kreuzenden Streben – ähnlich einem Eiffelturm im Nano-Maßstab. Die Wände jeder Strebe sind nur etwa zehn Nanometer dick.
Keramik für Batterien
Stoffe wie Greers Keramik könnten – in großen Mengen hergestellt – als Verbundwerkstoffe fungieren und andere Materialien ersetzen und die Produkte leichter machen. Laut der Materialwissenschaftlerin ließe sich damit auch die Speicherkapazität einer Batterie enorm erhöhen.
Schon seit Langem versuchen Forscher, leichtere Elektroden bei gleichzeitig höherer Kapazität zu entwickeln. Doch vielversprechende Materialien wie Silizium neigen unter Belastung zu Rissen. Würde man für die Elektrode jedoch das Nanogitter-Metall mit Silizium beschichten, wäre die Rissfestigkeit direkt in die Struktur eingebaut.
Mehr dazu in der aktuellen Ausgabe der Technology Review 07/2015:
(jle)
