Selbst unter extremen Bedingungen bleiben die Seltenen Erden wasserabweisend. Das könnte die ohnehin gefragten Rohstoffe in Zukunft noch wertvoller machen. Indessen steigt die Angst vor einer Ausfuhr-Drosselung des Hauptlieferanten China.

Die begehrten Seltenen Erden könnten künftig noch gefragter werden. US-Forscher zeigten in Versuchen, dass diese Stoffe auch unter Extrembedingungen wasserabweisend sind. Diese Eigenschaft bewahren sie bei einer großen Temperaturspanne und selbst bei Abrieb, schreiben Kripa Varanasi und seine Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge im US-Bundesstaat Massachusetts im Fachmagazin "Nature Materials". Somit kämen sie etwa für korrosionsbeständige Oberflächen in Frage oder für Flugzeugbeschichtungen, um Eisbildung zu verhindern.

Seltene Erden sind in der Unterhaltungs-, Energie- und Telekommunikationstechnik von großer Bedeutung. In der Vergangenheit gerieten diese Metalle häufig in die Schlagzeilen, weil sich ein Mangel daran abzeichnete: Der Hauptlieferant China hatte seine Ausfuhr der Spezialrohstoffe gedrosselt.

Acht Elektronen schirmen Atomkern ab

Die Studie deutet nun auf neue Anwendungsbereiche hin. Im Gegensatz zu anderen Metallen sind Seltene Erden in Form ihrer Sauerstoffverbindungen (Oxide) wasserabweisend: "Wir führen ihre wasserabweisende Eigenschaft auf ihre einzigartige Elektronenstruktur zurück, die eine Wasserstoffbindung mit anliegenden Wassermolekülen verhindert", schreiben Kripa Varanasi und seine Kollegen. Demnach bilden acht Elektronen eine abschirmende Hülle um den Atomkern.

Um Materialien wasserabweisend zu machen, behilft man sich bisher mit Ummantelungen aus Kunststoffen. Diese schwächeln jedoch unter Extrembedingungen. Seltenerdmetalle bleiben dagegen selbst bei Abrieb wasserabweisend. In einem Experiment schliffen die Forscher das Seltenerdmetall Cer sowie Aluminium und rostfreien Stahl an. Dabei war die Verschleißrate von Cer deutlich geringer als die des Aluminiums und vergleichbar mit der von rostfreiem Stahl. Zudem behielt Cer seine wasserabweisende Eigenschaft auch nach dem Abrieb.

Tropfen prallte von Cer-Oberfläche ab

Kondensationsversuche ergaben, dass Tröpfchen auf der Oberfläche von Seltenen Erden kleiner sind als bei anderen wasserabweisenden Materialien. Ein auftreffender Wassertropfen prallte an einer Cer-Oberfläche sogar vollständig ab. In einem weiteren Versuch setzen die Forscher Cer und ein mit Kunststoff ummanteltes Silizium-Stück zwei Stunden lang 1000 Grad Celsius heißer Luft aus. Der Kunststoff löste sich auf, das Silizium wurde wasseranziehend. Cer blieb dagegen wasserabweisend.

Mit Ausnahme des radioaktiven Elements Promethium testeten die MIT-Wissenschaftler alle Metalle der Seltenen Erden in Form ihrer Oxide. Für alle erhielten sie ähnliche Ergebnisse.