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Ultraleichtes „Super-Material“ ist härter als Stahl

Wissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben ein neues „Super-Material“ entwickelt, das vom Gewicht her leichter als Plastik, aber dennoch zehnmal so hart wie Stahl ist. Als Basis für den vielversprechenden Werkstoff dienen kleine Flocken aus Graphen, das aus nur einer Lage wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome besteht und als das stärkste Material bislang gilt. Diese werden durch Druck und Hitze zu einem korallenartigen Gebilde komprimiert, das aus vielen Kugeln mit einer großen Anzahl verbundener Öffnungen besteht. Den Forschern zufolge soll der so kreierte Stoff vor allem im Leichtbau völlig neue Möglichkeiten eröffnen.

Wichtiger Durchbruch gelungen

„Unser neues Super-Material besteht aus Graphen-Flocken, die zu einem großen, mit Spinnweben bedecktem Netzwerk zusammengequetscht und -gedrückt werden“, zitiert „LiveScience“ den zuständigen MIT-Projektleiter Markus J. Buehler. Das Endergebnis bezeichnet er als „fluffige Struktur, die ein wenig wie eine psychedelische Meereskreatur aussieht“. „Sie ist beinahe völlig hohl und weist eine Dichte auf, die lediglich fünf Prozent von herkömmlichem Graphen beträgt“, erklärt der Materialforscher.

Mit ihrer Erfindung ist den MIT-Wissenschaftlern ein wichtiger 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. Das Geheimnis liegt viel eher darin, in welcher Struktur diese Atome angeordnet sind“, so Buehler.

„Wollten wissen, wie weit wir gehen können“

Um ihren neuen „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 Level genau analysiert. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse nutzten sie anschließend 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“, schildert Co-Studienautor Zhao Qin die Vorgangsweise. In Zukunft könnten auf diese Weise dann beispielsweise Brücken entstehen, die ultrahart, leichtgewichtig und besonders gut gegen Hitze geschützt sind, verrät der MIT-Experte ein mögliches Anwendungsszenario.

 

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