Gummi-Keramik: flexibel und hart zugleich - wissenschaft.de
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Gummi-Keramik: flexibel und hart zugleich

US-Forschern ist es mit Hilfe der Nanochemie gelungen, eine Keramik mit gummiähnlichen Eigenschaften zu entwickeln. Das neuartige Material ist transparent, flexibel und gleichzeitig sehr belastbar und nicht zerbrechlich.

Seine Eigenschaften verdankt das neue Material einer Mischung aus Polymeren und keramischen Substanzen. Durch Selbstanordnung der Bestandteile entsteht seine höchst regelmäßige Molekularstruktur. Zudem kann das Hybridmaterial Ionen leiten und unter hohen Temperaturen winzige Poren ausbilden. Dadurch verspricht es eine Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten: als flexibles Trägermaterial ebenso wie als hocheffiziente Batterie-Elektrolyten, als Trennsystem für Proteine und andere Makromoleküle, oder für die Mikroelektronik.

„Das Material hat Eigenschaften, die nicht einfach die Summe von Polymer plus Keramik sind, sondern vielleicht etwas sehr Neues“, so Ulrich Wiesner, Professor für Materialforschung an der
Cornell University. Er und sein Team wollen mit organischen Polymeren regelmäßige Strukturen der Natur kopieren. Die so genannten Diblock-Copolymere ordnen sich chemisch selbständig zu Nanostrukturen unterschiedlicher Symmetrien an. Gemischt mit anorganischem Material wie Keramik, sollte ein solches Hybridmaterial Flexibilität und Härte vereinen. Das Ergebnis war selbst für die Forscher überraschend: Unter dem Transmissions-Elektronen-Mikroskop (TEM) zeigte sich eine so genannte bikontinuierliche kubische Struktur, die einer Jahrhunderte alten Berechnung entspricht, erklärt Wiesner: „Wir finden in der Polymerforschung jetzt Strukturen, die Mathematiker vor langer Zeit theoretisch vorhergesagt haben“.

Bisher hat das Team im Labor nur kleine, wenige Gramm leichte Stücke der flexiblen Keramik hergestellt. Weil das Material sich aber eigenständig anordnet und sich in seiner Struktur gezielt steuern lässt, glaubt Wiesner an eine erfolgreiche Produktionen in großen Mengen: „Wir können das Material bis in den Nanobereich mit noch nie dagewesener Kontrolle strukturieren. Wir wissen jetzt, wie wir eine Folge von verschiedenen Formen und Porengrößen herstellen können.“ Durch wechselnde Anteile von Polymer und Keramik lassen sich verschiedenste Kristallstrukturen erreichen, bis hin zur bikontinuierlichen kubischen Anordnung, die für Polymersysteme bisher unbekannt war. So scheint eine ganz neue Materialgruppe eröffnet zu sein. Wiesner rechnet damit, andere bikontinuierliche Strukturen von Polymerhybriden zu finden. Er stellte die Ergebnisse jetzt auf einem Treffen der American Physical Society in Indianapolis vor.

Dörte Saße
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