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Verbundwerkstoff

3D-Verbundwerkstoff aus marinem Badeschwammskelett

| Redakteur: Juliana Pfeiffer

Wissenschaftler der TU Bergakademie Freiberg haben gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam einen dreidimensionalen Verbundwerkstoff entwickelt, der der Industrie als Katalysator dienen könnte. Als Vorbild nutzten sie die Struktur eines marinen Badeschwammskeletts.

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Das Skelett eines marinen Badeschwammes diente den Wissenschaftlern als Vorbild für den Werkstoff.
Das Skelett eines marinen Badeschwammes diente den Wissenschaftlern als Vorbild für den Werkstoff.
(Bild: gemeinfrei / Pixabay)

Der dreidimensionale Verbundwerkstoff, das sogenannte „Grafit“, besitzt derart strukturelle, mechanische und thermische Eigenschaften, dass es der Industrie künftig als zentimeterkleiner Katalysator dienen könnte. Als Vorbild für den Werkstoff, haben die Wissenschaftler das karbonisierte 3D-Skelett eines marinen Badeschwammes genutzt. Dieses besteht aus kollagenhaltigen Spongin und ist aufgrund seiner mehrschichtigen Nanofasern besonders stabil und hitzebeständig.

Der Kohlenstoffschwamm ähnelt der Form und der Mikroarchitektur des ursprünglichen Spongin-Gerüsts und ist so stabil, dass er sich mit einer Metallsäge zu beliebigen Formen schneiden lässt.
Der Kohlenstoffschwamm ähnelt der Form und der Mikroarchitektur des ursprünglichen Spongin-Gerüsts und ist so stabil, dass er sich mit einer Metallsäge zu beliebigen Formen schneiden lässt.
(Bild: TU Bergakademie Freiberg)

In verschiedenen Versuchen haben die Wissenschaftler um Prof. Hermann Ehrlich von der Technischen Universität Bergakademie Freiberg die Spongin-Gerüsten bei Temperaturen bis zu 1200 Grad Celcius karbonisiert. Dabei entstand ein Kohlenstoffschwamm, der in seiner Form und Mikroarchitektur dem ursprünglichen Spongin-Gerüst ähnelt. Der Kohlenstoffschwamm ist so stabil, dass er sich mit einer Metallsäge zu beliebigen Formen schneiden lässt. Überzogen mit einer Metallschicht wird er zudem zum Hybridmaterial mit katalytischer Leistung.

Badeschwamm nicht nur für Kosmetik interessant

„Damit haben wir einen neuen Weg zur Nutzung von bekannten Badeschwämmen gefunden. Statt nur für kosmetische können wir diese jetzt auch für moderne Technologien nutzen“, freut sich Prof. Ehrlich. Gemeinsam mit seinem Team erarbeitet er für die Industrie erste Vorschläge zur Herstellung des biomimetisch inspirierten Katalysators. Seit zwei Jahren erforscht das 29-köpfige Team die von der Natur entwickelte und seit 600 Millionen Jahren bestehende Struktur der nachwachsenden marinen Schwämme, um biomimetische Modelle als alternativen zu Plastikgerüsten für die moderne Werkstoffwissenschaft zu entwickeln. Unterstützt werden sie dabei von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und dem Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst.

Die Forschungsarbeit wurde am 4. Oktober in der renommierten Zeitschrift "Science Advances" veröffentlicht.

Was ist Extreme Biomimetik?

Die Extreme Biomimetik ist ein neues wissenschaftliches Spezialgebiet an der TU Bergakademie Freiberg. Dieses beschäftigt sich mit der Untersuchung natürlicher und künstlicher Phänomene zur Entwicklung neuartiger bioinspirierter 3D-Verbundwerkstoffe. Dafür nutzen die Wissenschaftler nachwachsende, natürlich vorkommende und ungiftige organische Gerüste- im Zentimeter- bis Metermaßstab.

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