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Deutsche Forscher entwickeln das leichteste Material der Welt

KIEL. Tiefschwarz, ultraleicht und vielleicht ein Tausendsassa: Aerographit heißt ein Superleichtgewicht, das Forscher im Norden entwickelt haben. Es könnte Luft und Wasser reinigen helfen, in Elektroautos oder in der Satellitentechnik zum Einsatz kommen.

Ein Netzwerk aus porösen Kohlenstoffröhrchen: Aerographit unter dem Mikroskop. Foto: TUHH

Ein Netzwerk aus porösen Kohlenstoffröhrchen: Aerographit unter dem Mikroskop. Foto: TUHH

Die «Rekordväter» strahlen vor Stolz und die Laien staunen: Wissenschaftler aus Kiel und Hamburg haben das von ihnen entwickelte leichteste Material der Welt vorgestellt. Das sogenannte Aerographit ist 75-mal leichter als Styropor, trotzdem sehr stabil, elektrisch leitfähig, extrem wasserabweisend und es absorbiert sehr stark das Licht. Wegen seiner Eigenschaften kann es voraussichtlich ausgesprochen vielfältig eingesetzt werden, zum Beispiel in Batterien, die damit viel leichter werden können, aber auch in der Medizin – für Implantate – oder zur Reinigung von Wasser und Luft. Elektroautos oder die Luftfahrt- und Satellitentechnik könnten von dem Multitalent Made in Norddeutschland ebenfalls profitieren.

«Wir haben Indizien, dass es auch Röntgenstrahlen absorbiert», sagte Prof. Rainer Adelung von der Technischen Fakultät der Kieler Universität zu den denkbaren Anwendungsmöglichkeiten für Aerographit. Dabei handelt es sich um ein Netzwerk aus porösen Kohlenstoffröhrchen, die dreidimensional auf Nano- und Mikroebene ineinander verwachsen sind. Wann das ultraleichte Material tatsächlich in der Praxis zum Zuge kommen wird, können die Wissenschaftler noch nicht sagen. Eines macht die Sache zumindest leichter: «Keine der Ausgangssubstanzen ist irgendwie teuer», sagte Adelung.

Viermal leichter als der bisherige Weltrekordler

Mit der extrem geringen Dichte von 0,2 Milligramm je Kubikzentimeter ist Aerographit viermal leichter als der bisherige Weltrekordler. Das war ein Nickel-Material, das vor einem halben Jahr vorgestellt wurde: Es bestand zwar ebenfalls aus einem winzigen Röhrensystem, aber Nickel hat von vornherein ein höheres Atomgewicht als Zink, das jetzt eingesetzt wird. «Wir können dazu noch Röhren herstellen, die aus porösen Wänden bestehen, und dadurch extrem leicht sind», erläuterte Arnim Schuchardt, Doktorand an der Kieler Uni.

Aerographit weist eine hervorragende Stabilität bei Druck- und Zugbelastung aus: Es lässt sich um bis zu 95 Prozent komprimieren und wieder in die ursprüngliche Form auseinanderziehen. «Dabei wird das Aerographit bis zu einem bestimmten Grad sogar fester, und damit stärker als vorher», sagte Adelung. Andere Materialien würden durch derartige Belastungen zunehmend schwächer und instabiler. Außerdem absorbiert das Material fast vollständig Lichtstrahlen. «Man könnte sagen, es erzeugt das schwärzeste Schwarz», ergänzte der Hamburger Professor Karl Schulte. Mithilfe des Aerographits könnten auch nichtleitfähige Kunststoffe elektrisch leitfähig gemacht werden, ohne dass diese schwerer werden. Damit ließen sich statische Aufladungen vermeiden, die aus dem Alltag bekannt sind.

Wenn die Forscher der Kieler Christian-Albrechts-Universität und der Technischen Universität Hamburg-Harburg (TUHH) Aerographit vorführen, holen sie es mit einer Pinzette aus einer Plexiglasschale. Geradezu lustig springen die schwarzen Teilchen auf der Tischplatte, nachdem sie ein elektrisch aufgeladener Glasstab angezogen und wieder abgestoßen hat.

Und wie entsteht der neue materielle Hoffnungsträger genau? «Man kann sich das Aerographit wie ein schnell wachsendes Efeu-Geflecht vorstellen, das sich um einen Baum windet, wobei der Baum selbst entfernt wird», sagte Adelung zum Herstellungsprozess. Der «Baum» sei dabei als sogenanntes Opfer-Templat nur Mittel zum Zweck. Zu seiner Herstellung wird pulverförmiges Zinkoxid durch Erhitzen in einem 900 Grad Celsius heißen Ofen in eine kristalline Form gebracht. Über mehrere Verfahrensschritte entsteht ein Netzwerk, das Zinkoxid wird von einer hauchdünnen Graphitschicht ummantelt, schließlich entsteht die verwachsene Struktur des Aerographit. Der gleichzeitig zugeführte Wasserstoff reagiert mit dem Sauerstoff des Zinkoxid, Wasserdampf und Zink entweichen als Gas – übrig bleibt die röhrenförmige Kohlenstoffstruktur. «Je schneller wir das Zink in unserem Prozess herausholen, desto löchriger sind die Wände der Röhren und desto leichter wird das Material», erläuterte der Hamburger Nachwuchswissenschaftler Matthias Mecklenburg. «Es gibt da noch viel Spielraum.» dpa
(18.7.2012)

Ein Kommentar

  1. Thomas Herforth

    Hallo,

    dieses Forschungsergebnis ist in der Tat sehr interessant. Ein etwas umfassenderes Bild des neuen Aerographit lässt sich hier einsehen: http://www.techtix.de/aerografit-leichtestes-material-der-welt-1047 Es könnte in der Tat eine echte Alternative zu den bisherigen schweren Materialien sein – auch wenn die Forschung wohl eine industriellen Nutzung nicht vor zwanzig Jahren prognostiziert.

    Mit freundlichen Grüßen

    Thomas Herforth

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