Smart Material

Aus fest wird weich und umgekehrt

Ein Forscherteam aus Deutschland und China hat ein Material entwickelt, das unter der Einwirkung einer elektrischen Spannung seine mechanischen Eigenschaften ändert: Es kann entweder weich und formbar sein oder hart. Diese Änderungen sind umkehrbar.

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Das neue Material unter dem Rasterelektronenmikroskop
Das neue Material unter dem Rasterelektronenmikroskop (Bild: TU Harburg)

Wissenschaftler aus Deutschland und China haben ein Nanomaterial entwickelt, das seine Festigkeit ändern kann: Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung wird es formbar oder fest.

Ausgangsmaterial Gold

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Basis des neuen Materials, das Jörg Weißmüller von der Technischen Universität in Hamburg-Harburg und Hai-Jun Jin von der Universität Shenyang in der nordostchinesischen Provinz Liaoning entwickelt haben, ist ein Edelmetall, in diesem Fall Gold.

  • Ein Nanomaterial aus Gold kann seine Festigkeit durch elektrische Spannung verändern. (Foto: TU Harburg)
  • Das Nanomaterial unter dem Rasterelektronenmikroskop (Foto: TU Harburg)
Ein Nanomaterial aus Gold kann seine Festigkeit durch elektrische Spannung verändern. (Foto: TU Harburg)

Ein Stück des Metalls wird in eine säurehaltige Lösung gegeben. Die Säure ätzt winzige Gänge und Löcher in das Metall, die ein ganzes Netz von Porenkanälen bilden. Die Poren werden mit einer leitfähigen Flüssigkeit gefüllt, etwa einer Kochsalzlösung oder einer verdünnte Säure. So entsteht ein Hybridmaterial aus Metall und Flüssigkeit.

Elektronen werden eingebaut

Wird Spannung an das Hybridmaterial angelegt, gelangen Elektronen in das Gold und werden darin eingebaut. Dadurch werden die atomaren Bindungen in der Oberfläche des Metalls modifiziert, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften des Metalls ändern.

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Zwei Zustände kann das Material annehmen: In dem einen kann es verformt werden. Wird eine höhere Spannung angelegt, wird das Material so fest. Traditionell nimmt ein Material nur einen Zustand ein: Es ist formbar und deshalb weich, oder es ist fest, aber damit auch spröde. "Wir haben zum ersten Mal ein Material erzeugt, das beim Gebrauch zwischen den mechanischen Eigenschaften fest und spröde sowie weich und formbar hin- und herschalten kann", sagt Weißmüller.

Fortschritt bei Entwicklung intelligenter Materialien

Derzeit stecken die Wissenschaftler noch in der Grundlagenforschung, sagt der Forscher. Er glaubt aber, dass ihre Entdeckung, die sie im US-Wissenschaftsmagazin Science beschrieben haben, die Entwicklung sogenannter intelligenter Materialien weiterbringen wird. Mit Hilfe dieser Technik könnten in Zukunft beispielsweise Bleche erzeugt werden, deren Risse sich von selbst schließen.

Bis dahin ist es allerdings noch ein weiter Weg. So können derzeit nur Edelmetalle eingesetzt werden. Der Einsatz von Gold und anderen Edelmetallen treibt jedoch die Kosten nach oben. Die Wissenschaftler um Weißmüller wollen deshalb als Nächstes ein solches intelligentes Material auf der Basis von günstigeren Metallen wie Kupfer oder Nickel entwickeln.

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