Besonders widerständige Materialien, wie etwa Stahl, sind von großer Bedeutung in vielen Industriezweigen. Allerdings sind diese Stoffe in der Regel auch sehr schwer. Forschende haben es nun geschafft eins herzustellen, das sogar noch stärker als Stahl und gleichzeitig wesentlich leichter ist. Dazu nutzten sie DNA und Glas.
Besser als Stahl: Das kann der neue Stoff
Die Arbeit an diesem Material wurde von einem Forschungsteam an der University of Connecticut durchgeführt. „Für die gegebene Dichte ist unser Material das stärkste, das es gibt“, zitiert SciTechDaily den Materialwissenschaftler Seok-Woo Lee. Es ist dabei fünfmal leichter und viermal stärker als Stahl. Das ist beeindruckend und eröffnet etliche Möglichkeiten für die Forschung und Industrie.
Robuste Stoffe, die gleichzeitig ein geringes Gewicht aufweisen, lassen sich etwa beim Körperschutz einsetzen. Im derzeit wütenden Ukraine-Krieg könnte eine sichere und leichte Panzerung Leben retten. Aber auch Flugzeuge und Autos oder medizinische Geräte ließen sich damit revolutionieren. So könnte man, wenn man Stahl durch dieses neue Material ersetzen würde, die Reichweite von Elektroautos erweitern, denn mit weniger Gewicht verbrauchen sie auch weniger von ihrem Akku.
Nur kleine Teile herstellbar
Zur Herstellung nutzten Lee und seine Kolleg*innen DNA und Glas. Beide Komponenten erscheinen sicherlich überraschend. So stellt sich beispielsweise die Frage, ob das Super-Material nicht im Gegensatz zu Stahl extrem zerbrechlich sein müsste, weil es schließlich aus Glas besteht.
Allerdings zerbricht Glas nur durch einen Fehler, also einen Kratzer oder Riss. Ist es hingegen makellos, hält es einem Druck bis zu 10 Tonnen stand. Jedoch lässt sich fehlerfreies Glas nur in sehr kleinen Abmessungen herstellen. So darf es maximal einen Mikrometer dick sein.
Grundlage für das widerstandsfähige Nanoglas wurde ein zusätzliches DNA-Skelett. Zwischen den DNA-Strängen befinden sich etliche Hohlräume, ähnliche wie die Räume eines Hauses, wobei die Erbsubstanz die Wände darstellt. Die Erbsubstanz überzog man mit dem glasähnlichen Material, was für die nötige Robustheit sorgte.
Noch viel Arbeit notwendig
„Die Möglichkeit, mithilfe von DNA entworfene 3D-Gerüst-Nanomaterialien herzustellen und diese zu mineralisieren, eröffnet enorme Möglichkeiten für die Entwicklung mechanischer Eigenschaften. Bis wir es als Technologie einsetzen können, ist aber noch viel Forschungsarbeit nötig“, sagt Oleg Gang, der zusammen mit dem Nanomaterialwissenschaftler Aaron Mickelson das DNA-Skelett erschuf.
Anstelle von Glas erprobt man den Vorgang aktuell mit Karbidkeramik. Das Material soll in der Kombination noch stärker als Stahl sein. Aber auch bei den DNA-Strukturen will man sich ausprobieren, um die perfekte Kombination zu erforschen. Gang ist davon überzeugt, dass das Team dieses Ziel erreichen und damit die Materialwissenschaft grundlegend verändern wird:
„Ich bin ein großer Fan von Iron Man-Filmen und habe mich immer gefragt, wie man eine bessere Rüstung für Iron Man herstellen kann. Es muss sehr leicht sein, damit er schneller fliegen kann. Es muss sehr stark sein, um ihn vor feindlichen Angriffen zu schützen. Unser neues Material ist fünfmal leichter, aber viermal stärker als Stahl. Unsere Glas-Nanogitter wären also viel besser als alle anderen Strukturmaterialien, um eine verbesserte Rüstung für Iron Man zu schaffen“.
Quelle: SciTechDaily
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