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So sieht die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eine fertigen Faser aus.
So sieht die Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eine fertigen Faser aus.(Foto: Nitesh Mittal, KTH Stockholm)
Donnerstag, 17. Mai 2018

Schlägt Stahl und Spinnenseide: Stärkstes Biomaterial der Welt vorgestellt

Sie sind kaum sichtbar und dennoch Rekordhalter: Die von Forschern hergestellten Fäden aus Nanomaterialien sind stärker als Spinnenseide. Möglich macht das ein besonderes Herstellungsverfahren, das Forscher nun vorstellen.

Wissenschaftler haben am Hamburger Forschungszentrum Desy das stärkste Biomaterial hergestellt, das je produziert worden ist. Die biologisch abbaubaren künstlichen Zellulosefasern seien stärker als Stahl und sogar als die Spinnenseide, die gemeinhin als das stärkste biologische Material gilt, teilte das Forschungszentrum mit. Mit Hilfe einer neuen Produktionsmethode haben die Forscher erfolgreich die besonderen mechanischen Eigenschaften der Nanofasern auf ein makroskopisches Material übertragen, das sich außerdem durch sein geringes Gewicht auszeichnet und beispielsweise als umweltfreundliche Kunststoffalternative in Autos, für Möbel und in Flugzeugen Anwendung finden könnte. "Unser neues Material hat auch Potenzial für die Biomedizin, da Zellulose vom Körper nicht abgestoßen wird", erläutert Daniel Söderberg, der mit seinem Team von der Königlichen Technischen Hochschule Stockholm das stärkste Biomaterial der Welt entwickelte.

Das ultrastarke Material bestehe aus Zellulose-Nanofasern, den Grundbausteinen von Holz und anderen Pflanzen. Es ist nur etwa zwei bis fünf Nanometer dünn und bis zu 700 Nanometer lang. Ein Nanometer ist ein millionstel Millimeter. Die Forscher hatten die Röntgenlichtquelle Petra III vom Desy für ihre Arbeit genutzt.

Mit hydrodynamischer Fokussierung

Das Team schickte nach eigenen Angaben kommerziell angebotene extrem dünne Zellulose-Nanofasern durch einen einen Millimeter breiten Kanal in einem Stahlblock. Durch seitliches Einströmen von speziellem Wasser wurden sie zusammengepresst, so dass ein dicht gepackter Faden entstand. Die Nanofasern haften dabei ohne Klebstoff zusammen. Das Verfahren wird als hydrodynamische Fokussierung bezeichnet.

Die Untersuchung zeigte eine Biegesteifigkeit des Materials von 86 Gigapascal und eine Zugfestigkeit von 1,57 Gigapascal. "Die von uns hergestellten biobasierten Nanozellulosefäden sind achtmal steifer und einige Male zugfester als die Abseilfäden aus natürlicher Spinnenseide", betont Söderberg. "Wenn man ein biobasiertes Material sucht, gibt es nichts wirklich Vergleichbares. Es ist auch stärker als Stahl und alle anderen Metalle oder Legierungen sowie als Fiberglas und die meisten anderen synthetischen Materialien."

Das Wissenschaftler stellen ihre Ergebnisse im US-amerikanischen Fachblatt "ACS Nano" vor.

Quelle: n-tv.de