Ultraleichter Nanowerkstoff übertrifft Kevlar

Ultraleichter Nanowerkstoff übertrifft Kevlar

Ein geringes Gewicht und eine niedrige Schichtdicken sind zwei wünschenswerkte Charakteristika für Panzermaterialien der nächsten Generation. Inspiriert wird die Forschung bei schützenden Werkstoffen aus der Natur, von Meeresschnecken über Tierschuppen bis hin zu fein abgestimmten Schäumen. Das jüngste Beispiel stammt von Materialwissenschaftlern einer Forschungskoopertaion am MIT, am Caltech und der ETH Zürich, die mit Nanotechnik ein neues Material entwickelt haben, das Kevlar und Stahl übertreffen soll.

Ausgangspunkt war ein lichtempfindliches Harz, das mit Laser behandelt ein Gittermuster aus sich wiederholenden mikroskopischen Streben bildet. Unter hohen Temperaturen und Vakuum lässt es sich in einen ultraleichten Kohlenstoff mit einer Struktur umwandeln, die an stoßdämpfenden Schaumstoff erinnert.

„Historisch gesehen kommt diese Geometrie in energieabsorbierenden Schäumen vor. Während Kohlenstoff normalerweise spröde ist, führt die Anordnung und geringe Größe der Verstrebungen in dem Material mit Nanoarchitektur zu einer gummiartigen, von Biegung dominierten Architektur.“
Carlos Portela, Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology MIT

Das Team fand heraus, dass die Eigenschaften dieses Gittermaterials verändert werden können, wobei unterschiedliche Anordnungen der Kohlenstoffstreben dem Material unterschiedliche Eigenschaften verleihen. Durch Tests fanden die MIT-Wissenschaftler ein fortschrittliches Material, das Aufprallenergien absorbiert, anstatt beim Aufprall zu zerreißen.

„Wir konnten zeigen, dass das Material aufgrund eines Stoßverdichtungsmechanismus der Streben im Nanomaßstab eine Menge Energie absorbieren kann – im Gegensatz zu etwas, das völlig dicht und monolithisch ist und keine Nanoarchitektur aufweist.“
Carlos Portela, Department of Mechanical Engineering, Massachusetts Institute of Technology MIT

Das Material, das dünner als ein menschliches Haar ist, könnte Stöße effizienter absorbieren als Stahl, Aluminium oder sogar Kevlar mit vergleichbarem Gewicht. Bei einer Skalierung könnte es daher als Grundlage für alternative Schutzschichten und Panzerungen dienen, die leichter und widerstandsfähiger sind als herkömmliche Materialien.

Bild oben: Ingenieure des MIT, des Caltech und der ETH Zürich haben herausgefunden, dass „nanoarchitektonische“ Materialien, die aus präzise gemusterten nanoskaligen Strukturen bestehen, ein vielversprechender Weg zu leichten Panzerungen, Schutzbeschichtungen, Schutzschilden und anderen stoßfesten Materialien sein könnten. (Quelle: mit freundlicher Genehmigung der Forscher / MIT)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung, Newatlas, Naturematerials

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