Anzeige
1 Monat GRATIS testen, danach für nur 9,90€/Monat!
Startseite »

Frieren für die Stabilität

Technik|Digitales

Frieren für die Stabilität
Amerikanische Wissenschaftler haben sehr widerstandsfähige und leichte Keramiken hergestellt, die dem natürlichen Material Perlmutt nachempfunden sind. Dazu entwickelten sie ein Verfahren, bei dem Mischungen aus Keramikpulver und Wasser kontrolliert eingefroren werden. Die Keramik bildet dabei ein festes Gerüst, aus dem das Eis dann wieder entfernt werden kann. Die Werkstoffe könnten als Basis für stabile und verträgliche Knochenimplantate dienen.

Muschelschalen, Schneckenhäuser, aber auch Knochen enthalten aus feinen Schichten aufgebautes Perlmutt: Es besteht aus Kalkplättchen, die durch ein organisches Material zusammengehalten werden. Dieser Schichtaufbau sorgt für eine große Festigkeit. Gleichzeitig ist der schillernde Stoff aber leicht. Daher versuchen Werkstoffwissenschaftler schon länger, das natürliche Vorbild möglichst gut zu imitieren.

Fortschritte auf dem Weg zur perfekten Nachahmung haben nun Sylvain Deville und seine Kollegen mit einem neuen Verfahren erzielt: Sie starten den Herstellungsprozess mit einem Schlamm aus feinem Keramikpulver und Wasser. Diese Mischung kühlen sie gezielt ab, so dass das Wasser schließlich einfriert. Dabei bildet es Eiskristalle, zwischen denen sich die Keramikteilchen ansammeln und ein poröses Gerüst bilden, das sehr ähnlich wie Perlmutt aufgebaut ist. Entscheidend ist dabei die Geschwindigkeit des Einfrierens: Bei schneller Abkühlung bleiben die Eiskristalle klein, und es entsteht ein feines Keramikgerüst.

Danach entfernen die Forscher das Eis aus den Zwischenräumen des filigranen Gebildes, indem sie den Stoff einer Gefriertrocknung unterziehen. Dabei entsteht eine keramische poröse Struktur, deren Schichten teilweise nur ein Tausendstel Millimeter dick sind. Zum Schluss füllen Deville und sein Team das Gerüst mit organischen Materialien wie Epoxid, um das Perlmutt-Imitat zu vervollständigen. Auch Metall testeten sie bereits als Füllmaterial.

Ihre Methode könnte sich sehr gut für bioverträgliche orthopädische Implantate eignen, kommentieren die Wissenschaftler. Zu diesem Schluss trägt ein von ihnen hergestelltes keramisches Gerüst aus Hydroxylapatit bei, einer Substanz, die in Knochen und im Zahnschmelz vorkommt: Dieses poröse Gebilde ist viermal druckfester als gewöhnliches, poröses Hydroxylapatit.

Anzeige
Sylvain Deville et al. (Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley): Science, Bd. 311, S. 515 ddp/wissenschaft.de ? Anna-Lena Gehrmann
Anzeige

Wissenschaftsjournalist Tim Schröder im Gespräch mit Forscherinnen und Forschern zu Fragen, die uns bewegen:

  • Wie kann die Wissenschaft helfen, die Herausforderungen unserer Zeit zu meistern?
  • Was werden die nächsten großen Innovationen?
  • Was gibt es auf der Erde und im Universum noch zu entdecken?

Hören Sie hier die aktuelle Episode:

Aktueller Buchtipp

Sonderpublikation in Zusammenarbeit  mit der Baden-Württemberg Stiftung
Jetzt ist morgen
Wie Forscher aus dem Südwesten die digitale Zukunft gestalten

Wissenschaftslexikon

Sty|lus  〈m.; –, Sty|li〉 1 〈Pharm.〉 stiftförmiges Arzneimittel, Zäpfchen 2 〈Bot.〉 Griffel (am Fruchtknoten) … mehr

Teich|huhn  〈n. 12u; Zool.〉 in heimischen Gewässern lebende Ralle mit roter Stirnblesse: Gallinula chloropus

acht|sai|tig  〈Adj.; in Ziffern: 8–saitig; Mus.〉 mit acht Saiten versehen

» im Lexikon stöbern
Anzeige
Anzeige
Anzeige