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Prof. Dr. Volker Abetz
Institut für Physikalische Chemie
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Prof. Dr. Horst Weller
Institut für Physikalische Chemie
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Februar 2016, Nr. 82
FORSCHUNG
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme der regelmäßig angeordneten Eisenoxid-Nanoteilchen. Der Abstand der Nanoteilchen ist so klein, dass man die Ölsäure nicht sehen kann. Foto: TUHH
Materialforschung: Neue Materialklasse auf Basis von Nanopartikeln entwickelt
Dem Forschungsteam ist es gelungen, ein neuartiges Nanokompositmaterial herzustellen. Das berichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Hamburg (TUHH), der Universität Hamburg, des Helmholtz-Zentrums Geesthacht und des Deutschen Elektronen-Synchrotrons DESY jetzt in der Fachzeitschrift „Nature Materials“.
Das neue Material ist elastisch und hart zugleich
Das neue Material zeichnet sich durch hohe Elastizität und Festigkeit aus, ist aber zugleich sehr hart. Die Forscherinnen und Forscher nutzen dabei eine Methode, bei der sich keramische Eisenoxid-Nanopartikel regelmäßig anordnen. Dies geschieht mithilfe organischer Ölsäure, die jedes Eisenoxid-Nanoteilchen dicht umhüllt und die Teilchen miteinander verbindet. Dadurch entstehen dichte Strukturen, die an atomare Kristallgitter erinnern.
Entscheidend ist: Wird das Material anschließend noch leicht mit Wärme behandelt, kommt es zu einem viel stärkeren Zusammenhalt des Materials und zu den bisher unerreichten, neuen mechanischen Eigenschaften des Nanokomposits, das natürlichem Hartgewebe wie Perlmutt oder Zahnschmelz ähnelt. Das neue Material könnte überall da zum Einsatz kommen, wo Härte und Bruchfestigkeit erforderlich sind, beispielsweise für Zahnfüllungen oder auch für Uhrengehäuse.
Neue Methode verbessert die mechanischen Eigenschaften
Dem Forscherteam ist es gelungen, die Ölsäuremoleküle durch Trocknung, Heißpressen und eine kontrollierte Wärmebehandlung viel stärker zu verbinden, als es bisher möglich war. Damit konnten sie das mechanische Verhalten dieser Nanokomposite entscheidend verbessern. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler versprechen sich von der neuen Methode Effekte für die Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von weiteren Nanokompositmaterialien, da auch andere Nanoteilchen sehr häufig in Kombination mit organischer Ölsäure verarbeitet werden.
Die neue Materialklasse wurde im Sonderforschungsbereich 986 „Maßgeschneiderte Multiskalige Materialsysteme - M³“ der TUHH entdeckt, in dem die vier Forschungseinrichtungen zusammenarbeiten, Sprecher ist Prof. Dr. Gerold Schneider, Leiter des Instituts für Keramische Hochleistungswerkstoffe der TUHH.
Publikation in Nature Materials:
„Organically linked iron oxide nanoparticle supercrystals with exceptional isotropic mechanical properties“: Axel Dreyer, Artur Feld, Andreas Kornowski, Ezgi D. Yilmaz, Heshmat Noei, Andreas Meyer, Tobias Krekeler, Chengge Jiao, Andreas Stierle, Volker Abetz, Horst Weller and Gerold A. Schneider; in: Nature Material
DOI: 10.1038/nmat4553
http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4553.html
PM/Red.