Mehrdimensionales Polymer könnte zum Leichtbauwerkstoff der Zukunft werden

Am MIT haben Forschende eine mehrdimensionales Polymer entwickelt. Was zunächst unspektakulär klingt, könnte sich zu einem neuen Leichtbauwerkstoff entwickeln. In einem neuen Verfahren haben die Forschenden erreicht, dass die Polymerisation der Monomerketten nicht nur linaer abläuft, sondern sich Verbindungen auch zwischen den Ketten ausbilden.

„Anstatt eine spaghettiartige Molekülkette zu erzeugen, können wir also eine flächige Molekülebene herstellen, in der sich die Moleküle in zwei Dimensionen miteinander verhaken. Dieser Mechanismus setzt in der Lösung spontan ein. Nachdem wir das Material synthetisiert hatten, konnten wir ganz einfach dünne Schichten aufbringen, die außergewöhnlich stark sind.“
Michael Strano, Professor of Chemical Engineering am Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Es entsteht ein sogenanntes Polyaramid. Die Monomerbausteine bestehen aus einem Ring aus Kohlenstoff- und Stickstoffatomen. Unter den richtigen Bedingungen können diese Monomere in zwei Dimensionen wachsen und Scheiben bilden. Diese Scheiben stapeln sich übereinander und werden durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Schichten zusammengehalten, was die Struktur nach Angaben der Forschenden sehr stabil und fest macht.

Die Eigenschaften des Materials sind vielversprechend und lassen Potential für viele Anwendungen erkennen:

• Der Elastizitätskoeffizient ist vier bis sechsmal höher als der von kugelsicherem Glas.
• Entsprechend viel Kraft ist erfordlich, um das Material zu brechen: etwa doppelt so viel wie bei Stahl.
• Dabei ist das Polymer besonders leicht: Die Dichte von Stahl ist ungefähr sechsmal höher.
• Es ist außerdem undurchlässig für Gase.

„Diese Eigenschaften könnten es uns ermöglichen, ultradünne Beschichtungen herzustellen, die das Eindringen von Wasser oder Gasen vollständig verhindern. Solch eine Barrierebeschichtung könnte zum Schutz von Metall in Autos und anderen Fahrzeugen oder von Stahlkonstruktionen verwendet werden.“
Michael Strano, Professor of Chemical Engineering am Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Dabei würde es die Bauteile gleichzeitig stützen und schützen. Ebenso könnte man sich das neue Polymer als Beschichtung von Mobiltelefonen oder sogar als Baumaterial für Brücken vorstellen. Die Forschenden wollen nun im nächsten Schritt diese mehrdimensionale Polymerisation besser verstehen lernen, um weitere Materialien zu entwickeln. Auf das neue Verfahren haben sie bereits ein Patent angemeldet.

Bild oben: Das neue Material ist ein zweidimensionales Polymer, das sich selbst zu Platten zusammensetzt und als leichte, haltbare Beschichtung für Autoteile oder Mobiltelefone oder als Baumaterial für Brücken oder andere Strukturen verwendet werden könnte. (Quelle: Polymerfilm mit freundlicher Genehmigung der Forscher; Christine Daniloff, MIT) 

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung MIT, Ingenieur.de, Newatlas, Designboom