Amerikanische Forscher entwickeln superstarke robuste Nanofaser
Die neuartige Nanofaser, die amerikanische Wissenschaftler entwickelt haben, verbindet zwei gegensätzliche Eigenschaften: Stärke und Zähigkeit. Die ultradünne Faser aus einem acrylähnlichen Material könnte zum Beispiel Flugzeugteile leichter und sicherer machen.
Ein Bündel ultrastarker Nanofasern unter dem hochauflösenden Elektronenmikroskop.
Foto: Yuris Dzenis
Wer konventionelle Werkstoffe verbaut, muss sich normalerweise entscheiden. Soll die Struktur besonders stark sein, also große Lasten tragen können, oder soll sie besonders robust und zäh sein, also Verformungen standhalten können. Ein Porzellanteller ist stark genug, um Berge von Essen tragen zu können, zerbricht aber sofort, wenn er zu Boden fällt. Ein Gummiball dagegen ist leicht aus der Form zu bringen, zerbricht aber nicht. Beide Eigenschaften in einem einzigen Material unterzubringen, war bislang äußerst schwierig.
Amerikanischen Wissenschaftler ist dies nun gelungen. Yuris Dzenis, Professor für Maschinen- und Werkstofftechnik an der University of Nebraska-Lincoln und sein Team haben eine Nanofaser entwickelt, die dünner, stärker und zäher ist als andere Werkstoffe. Die superdünne Nanofaser besteht aus Polyacrylonitril, einem dem Acryl verwandten synthetischen Polymer. Mittels der sogenannten „Electrospinning-Technik“ wird aus der Polymer-Lösung und elektrischer Hochspannung ein winziger flüssiger Strahl erzeugt: eine endlose Nanofaser.
Die hauchdünne Faser hat außergewöhnlich ungeordnete Strukturen
Die Wissenschaftler waren überrascht, dass diese Faser, die so dünn war, wie keine zuvor, nicht nur außergewöhnlich stark, sondern auch besonders zäh wurde. Yuris Dzenis und sein Team vermuten, dass die besonderen Eigenschaften der neuen Nanofaser mit den ungeordneten Strukturen in ihrem Inneren zu tun hat.
Professor Yuris Dzenis.
Quelle: Craig Chandler
Durch diese geringe Kristallinität bleiben Molekülketten beweglicher und können auf das Material einwirkende Energie besser aufnehmen. Gerade diese unkristallisierten, also unorganisierten Bereiche, sind größer als bei ähnlichen Materialien und bewirken die herausragenden Eigenschaften der neuen Nanofaser.
„Was immer aus Verbundwerkstoffen gefertigt wird, könnte von unseren Nanofasern profitieren“, glaubt Yuis Dzenis. Anwendungsgebiete sieht er unter anderem im Flugzeugbau. Hier wird das Bruchrisiko von Kompositmaterialien meist durch den Verbau von mehr Material kompensiert. Das Flugzeug wird stabiler, aber auch schwerer. „Wenn Strukturwerkstoffe robuster wären, könnte man die Produkte leichter und dennoch sicher machen“, sagt Dzenis. Auch Schutzkleidung aus Nanofasern, wie kugelsichere Westen, könnten die Forscher sich vorstellen. Die Spezialwesten müssen robust genug sein, dass ein Geschoss sie nicht durchschlägt und gleichzeitig stark genug, um Verformungen standzuhalten.
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