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Knochen von Menschen und Tieren haben eine schaumartige Struktur. Deshalb sind sie leicht, aber auch stabil. Diese Struktur wird von Materialforschern nachgeahmt - unter anderem mit Metallschäumen, die als Leichtbauelemente verwendet werden. Rolf Hempelmann, Professor für Physikalische Chemie der Universität des Saarlandes, und sein Team haben nun eine neuartige Beschichtung für konventionelle Metallschäume entwickelt, die aus nanokristallinem Nickel besteht. Sie macht den Schaum so stabil, dass er zehnmal mehr Energie absorbieren kann als ein unbeschichteter Schaum, berichtet die Universität. Beschichte Metallschäume sollen daher der ideale Crash-Schutz sein.
Metallschäume sind vielversprechende Ausgangsstoffe, erläutert die Universität. Sie seien leicht und gleichzeitig relativ stabil. Weit verbreitet seien Metallschäume mit einer offenen dreidimensionalen Netzwerkstruktur, so genannte offenporige Schäume, die insbesondere aus Aluminium hergestellt werden. Forschern der Universität des Saarlandes ist es nun gelungen, die vorteilhaften Eigenschaften metallischer Schäume durch hauchdünne Beschichtungen noch zu verbessern.
"Mithilfe von nanokristallinem Nickel konnten wir die Fähigkeit der offenporigen Aluminiumschäume, Energie zu absorbieren, um das Zehnfache erhöhen", erklärt Professor Rolf Hempelmann. "Damit ist das Material ein idealer Crash-Schutz für Autos oder Züge", erläutert der Wissenschaftler, der an der Universität des Saarlandes den Lehrstuhl für Physikalische Chemie leitet. Die beschichteten Metallschäume sollen nicht nur höheren Druck aushalten als die herkömmlichen Schäume, sondern seien auch steifer und weniger anfällig für Zugkräfte - und das bei minimaler Gewichtszunahme.
Die Beschichtung erfolgt in einem galvanischen Bad. "Dabei wird die nanokristalline Nickelschicht elektrochemisch auf den feinen Verstrebungen des Schaums abgeschieden", erläutert Rolf Hempelmann. Rund 100 Mikrometer, also ein Zehntel Millimeter dick sei diese Schicht aus nanokristallinen Nickelteilchen. "Unsere Beschichtung folgt einem Konstruktionsprinzip, das wiederum der Natur abgeschaut ist", verrät der Chemiker "Die extrem harte Beschichtung, die die Streben umkleidet, ist der Struktur eines Bambusstabes vergleichbar, der durch seine äußere harte Schicht unglaubliche Festigkeiten erreicht." Und dies ist noch nicht das Ende der Entwicklung: "Um die Druckfestigkeit der Metallschäume noch weiter zu erhöhen, kann man sie zusätzlich noch mit einem Polymer-Schaum füllen", ergänzt der Wissenschaftler.
An ihrem Forschungsstand auf der Hannover Messe präsentieren die Forscher der Universität des Saarlandes unbeschichtete und beschichtete Metallschäume sowie Schäume mit verschiedenen Füllmaterialien.