Hybrider Werkstoff Hart wie Keramik und gleichzeitig elastisch wie Gummi

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Ein extrem harter Werkstoff, gleichzeitig aber so elastisch wie Gummi – das ist der Traum jedes Konstrukteurs. Ein Team von der Zhejiang-Universität im chinesischen Hangzhou will nun genau so einen Stoff gefunden haben.

Die neue Substanz, von Professor Tang und seinem Kollegen Liu Zhaoming „elastisches Keramik-Plastik“ genannt, sei „so hart wie Keramik, so resilient wie Gummi, besitzt aber auch die Plastizität von Plastik“ heißt es auf der Webseite der Universität. Es sei den Forschern gelungen, anorganische und organische Substanzen auf der Molekular-Ebene zu verschmelzen, schreiben sie auch in einem Aufsatz, der Anfang Juni im Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht wurde.

„Hybride Moleküle, die organische und anorganische Komponenten enthalten sind über eine Bottom-Up-Synthese in ein kontinuierliches Netzwerk von sich gegenseitig durchdringenden ionischen Domänen auf Molekulargröße zusammengesetzt worden“, schreiben die chinesischen Wissenschaftler über den Prozess. „Ein solches Netzwerk, in dem ein organisches, kovalentes Brücken-Netzwerk und anorganische, ionische Brückennetzwerke verzahnt sind, hat noch niemals zuvor existiert,” sagte der Professor gegenüber chinesischen Reportern.

Wie ein dehnbares Skelett

Man könne die Molekül-Struktur des neuen Materials mit einem „dehnbaren Skelett vergleichen“, so der Forscher.

• Wird äußerer Druck appliziert, könne der Rahmen mit Härte und Widerstandskraft reagieren. Wenn die externe Krafteinwirkung sehr stark ist, dann sei der gesamte Rahmen deformierbar und sorge für einen „Buffer-Effekt“.

• Sobald der Druck wieder reduziert wird, versetze die organische Struktur den Werkstoff wieder in seinen ursprünglichen Zustand zurück.

Interessant für Konstrukteure und Grundlagenforschung

Diese Forschungsergebnisse seien nicht nur für Konstrukteure interessant, sondern könnten auch der Ausgangspunkt für neue Grundlagenforschungen in Chemie und Materialwissenschaften dienen, zitiert die Zeitung „The Paper” die Wissenschaftler. Denkbar seien in der Zukunft sowohl Anwendung für Produkte des täglichen Bedarfs wie auch der Einsatz in der Biomedizin, beispielsweise als Ersatz für Knochen in orthopädischen Implantaten, schreibt Tang gemeinsam mit seinen Kollegen Fang Weifeng und Liu Zhaoming.

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In der Vergangenheit war nie ein so enges Verschmelzen von organischen und anorganischen Komponenten gelungen. Die Verbindungen seien bestenfalls „überlagert“ gewesen, als habe man „anorganische Pulver in einen organischen Rahmen geschüttet und dann umgerührt“, schreiben die Forscher selbst. Solche hybriden Materialien zeigten unter einem hochauflösenden Mikroskop noch immer klare Grenzen zwischen ihren organischen und anorganischen Komponenten. Entsprechend enttäuschend sei die Kombination der Eigenschaften beider Komponenten immer gewesen.

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Neues Material ist sogar recyclebar

Diesmal dagegen habe man eine völlig neue Art von Molekül geschaffen. Nur so sei es möglich gewesen, einen Werkstoff zu erhalten, der hart wie Marmor sei und die Plastizität von Plastik habe, sagte Professor Tang in einem Interview. Gleichzeitig aber habe sein „elastische Keramik-Plastik” eine neue Eigenschaft: Anders als Plastik wird es nicht weich, wenn es erhitzt wird – es ist thermisch stabil. Dadurch könne das neue Material durch Recycling wiederverwertet werden, hieß es.

Um das enge Verschmelzen von organischen und anorganischen Komponenten zu ermöglichen, haben die Wissenschaftler lange nach dem passenden Medium gesucht, in dem diese Reaktion möglich ist. Dies sei nach mehrjährigen Experimenten gelungen und der genaue Prozess wird in dem Artikel in Nature beschrieben.

* Henrik Bork, langjähriger China-Korrespondent der Süddeutschen Zeitung und der Frankfurter Rundschau, ist Managing Director bei Asia Waypoint, einer auf China spezialisierten Beratungsagentur mit Sitz in Peking. „China Market Insider“ ist ein Gemeinschaftsprojekt der Vogel Communications Group, Würzburg, und der Jigong Vogel Media Advertising in Beijing.

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