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16.08.2017 | Funktionswerkstoffe | Nachricht | Onlineartikel

Forschungsteam biegt einzelne Nanostrukturen

Autor:
Nadine Winkelmann

Die komplexe Tetrapoden-Struktur von Aerographit verleiht dem Material einzigartige Eigenschaften. Ein Forschungsteam der CAU war jetzt zum ersten Mal in der Lage, die einzelnen, nur wenige Mikrometer großen Tetrapoden zu falten.

Seitdem eine Forschungsgruppe der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und der Technischen Universität Hamburg-Harburg vor einigen Jahren Aerographit, eines der leichtesten Materialien der Welt, entwickelt hat, erforscht sie es permanent weiter. Aerographit ist aufgebaut aus Tetrapoden, kohlenstoffhaltigen 3D-Nanostrukturen, die aus vier hohlförmigen Armen bestehen. Miteinander verbunden bilden sie ein poröses, extrem leichtes Netzwerk und bringen das Gewicht von Aerographit auf gerade einmal 0,2 Milligramm pro Kubikzentimeter. "Diese besondere Struktur verleiht dem Material eine hohe mechanische Stabilität und eine vergleichsweise große Oberfläche. Damit bekommt es spannende physikalische und chemische Eigenschaften", sagt Daria Smazna, Doktorandin in dem Projekt.

Das internationale Forschungsteam unter Kieler Leitung konnte jetzt zeigen, dass die einzelnen Arme des Aerographit an verschiedenen Stellen reversibel geknickt werden können. "Sie gehen automatisch in ihre Ursprungsform zurück ohne Schaden zu nehmen", erklärt Dr. Yogendra Mishra, Materialwissenschaftler in der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien an der CAU. „Ähnlich wie ein Akkordeon kann das dreidimensionale Objekt also in ein zweidimensionales zusammengefaltet und wieder aufgeklappt werden.“ Ein spezielles Rasterelektronenmikroskop in Riga (Estland) brachte den Beweis, dass ihr Model auch in der Praxis zutrifft. Mit einer nanoskaligen Messnadel konnten die Kollegen dort die Aerographit-Tetrapoden greifen und verbiegen.

"Die Berechnungsmethode, die durch diese internationale Zusammenarbeit entwickelt und verifiziert wurde, lässt sich auf Tetrapoden in verschiedenen Größen übertragen. Sie liefert eine wertvolle Basis, um die Eigenschaften von ganzen Tetrapoden-Netzwerken und Aerographit weiter zu untersuchen", erläutert Mishra. Zu verstehen, wie sich Netzwerke von hohlförmigen Tetrapoden beliebig falten lassen ohne dabei beschädigt zu werden, macht hochentwickelte Anwendungen sowohl in der Materialwissenschaft wie auch in der regenerativen Medizin denkbar.

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Quelle:
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