Dieses Material besteht fast nur aus Luft!
Ein Start-up, das sich aus dem Umfeld der Universität Kiel gründete, will mit einem extrem leichten Stoff ganze Industrien verändern. Das Material besteht fast vollständig aus Luft, lässt sich elektrisch steuern und eröffnet Anwendungen von Robotik bis Filtration.
Das Modell deutet an, wie filigran die innere Struktur ist, wodurch sich das geringe Gewicht und die Leitfähigkeit ergibt.
Foto: Uni Kiel
Das Start-up Aero Materials GmbH zeigt, wie sich Forschung, die im universitären Labor entstand, auf den kommerziellen Markt übertragen lässt. Das Unternehmen entstand aus einer über zehn Jahre dauernden Forschungsarbeit an der Christian-Albrechts-Universität Kiel (CAU). Ihr Produkt: ein Material, das zu mehr als 99,9 Prozent aus Luft besteht und dennoch stabile Strukturen aufweist. Der Ansatz verbindet enorme Leichtigkeit mit hoher Funktionalität. Hinter der Entwicklung steht die Arbeitsgruppe des Materialwissenschaftlers Rainer Adelung. Das Team bringt mit dem nun vorgestellten Nano-Werkstoff neue eine Lösung. Die Grundidee: Luft mithilfe von Nanostrukturen in ein Gerüst zu fassen, das physikalische Eigenschaften wie Leitfähigkeit, Stabilität und Steuerbarkeit erhält.
„Unsere Aeromaterialien sind so leicht, dass man sie in der Hand kaum spürt“, erklärt Adelung. „Gleichzeitig sind sie so funktional, dass sie ganze Systeme ersetzen können. Für viele Anwendungen ist das ein echter Gamechanger.“ Mit diesem Anspruch strebt das Gründerteam an, gleich mehrere Technologiebereiche zu verändern. Vorgesehen sind zunächst vier große Einsatzfelder: die Aktorik, in der das Material Bewegungen energieeffizient einleitet; die Filtration, welche selbstreinigende Konzepte ermöglicht; die Optik, die neue Beleuchtungslösungen erlaubt; sowie die elektromagnetische Abschirmung leichtgewichtiger Bauteile. Der Werkstoff soll damit überall dort überzeugen, wo minimale Masse und maximale Funktionalität gefordert sind.
Ein Gerüst aus hohlen Nano-Strukturen
Das Herzstück der Entwicklung liegt in besonderen Zinkoxid-Strukturen. Diese winzigen Partikel sehen aus wie kleine Sterne mit vier Armen. Aus ihnen formen die Forschenden ein dreidimensionales Netzwerk, das anschließend mit wässriger Graphen-Suspension oder mit Silikat getränkt wird. Danach entfernen sie das ursprüngliche Zinkoxid chemisch. Zurück bleibt eine hohle Nanostruktur, die aus ultradünnen Röhrchen besteht. So entsteht ein hochporöses Netz aus Graphen oder Glas, das fast ausschließlich aus Luft besteht. Der extrem geringe Materialanteil führt zu einer außergewöhnlich niedrigen Dichte, während Durchlässigkeit für Gase und Flüssigkeiten erhalten bleibt. Dieses Grundprinzip bildet die Basis des Nano-Werkstoffs aus Luft.
In der Praxis bedeutet das eine enorme Chance, alltägliche technische Anwendungen neu zu denken. Besonders im Bereich der Aktorik sieht das Unternehmen sein erstes Marktpotenzial. Dort geht es darum, elektrische Signale direkt in mechanische Bewegungen zu übersetzen. Der Nano-Werkstoff aus Luft bringt dafür entscheidende Eigenschaften mit: Graphen ist leicht, robust und elektrisch leitfähig. Fließt Strom hindurch, erhitzt sich das Gerüst binnen Millisekunden, die eingeschlossene Luft dehnt sich aus und erzeugt eine unmittelbar verfügbare Kraft. Damit können kleinste Bauteile präzise bewegt, geschnitten oder geschaltet werden. Der Gewichtsvorteil ist dabei enorm: Schon ein Materialstück mit nur wenigen Milligramm Eigenmasse kann Lasten im Kilogrammbereich bewegen – eine Leistung, die herkömmliche Materialien kaum erreichen.
Nano-Material erzeugt direkt Bewegung
Das Konzept unterscheidet sich deutlich von konventionellen pneumatischen Techniken, bei denen Kompressoren, Schläuche und Ventile unverzichtbar sind. Der Nano-Werkstoff aus Luft ermöglicht Bewegungen allein mit Hilfe des Materials und elektrischer Impulse. Ganze Systeme werden dadurch kompakter, leichter und wartungsärmer. „Das senkt den Wartungsaufwand und erlaubt besonders kompakte, flexible Konstruktionen – etwa für robotische Anwendungen“, betont Caprice Mohr, Masterstudentin und technische Geschäftsführerin des Startups. Für viele industrielle Bereiche könnte dies eine nachhaltige und energieeffiziente Alternative darstellen. Insbesondere in Robotik und Automatisierung eröffnen sich neue Umsetzungsmöglichkeiten, da bauliche Einschränkungen entfallen und Baugruppen deutlich mobilisiert werden können. Die Technologie verspricht somit eine Reduktion von Aufwand und Energieverbrauch, ohne auf Präzision verzichten zu müssen. Gleichzeitig lässt sich die Idee auch für ganz andere Funktionsweisen adaptieren.
So prüfte das Team in ersten Projekten die Eignung des Materials als Lautsprechermembran. Da das ultraleichte Netzwerk direkt elektrisch angeregt wird, versetzt es sich in Schwingung. Der hörbare Frequenzbereich lässt sich dadurch vollständig abdecken. Gleichzeitig reagiert die Membran sehr schnell, da ihre Masse im Vergleich zu klassischen Komponenten fast vernachlässigbar ist. Diese Eigenschaft könnte bei der Entwicklung besonders präziser Audiosysteme vorteilhaft sein. Auch bei Filtern brachte der Werkstoff bemerkenswerte Ergebnisse hervor: Weil leitfähige Oberflächenpartikel einfach ausgebrannt werden können, war ein Prototyp in der Lage, sich selbst zu reinigen. Ein erster Testeinsatz auf einem Flugzeug bestätigte diese Funktion eindrucksvoll. Damit ist der Nano-Werkstoff aus Luft auch als selbstregenerierendes Filtersystem interessant und bietet einen praktischen Mehrwert für Anwendungen, bei denen Wartungsreduktion entscheidend ist.
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