Bioinspiriertes Hochleistungsmaterial

«Wir versuchen, von der Natur zu lernen», sagt Prof. Dr. Helmut Cölfen vom Arbeitsbereich Physikalische Chemie der Uni Konstanz. Für seine bahnbrechenden Forschungsergebnisse im Bereich der Kristallisation war er unter anderem mit dem Akademiepreis 2013 der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften ausgezeichnet worden. Bionik oder Biomimetik nennt man das Vorgehen, Phänomene in der Natur für technische Entwicklungen einzusetzen.

Der Grund für die Eigenschaften der Seeigelstacheln liegt in ihrer inneren Struktur, einer Art «Backsteinmauer-Architektur». Forscher der Universität Konstanz möchten
das «Ziegelstein-Mörtel-Prinzip» der Natur im Nano-Massstab nachbauen. Sie konnten Makromoleküle identifizieren, die die Funktion des Mörtels übernehmen und die kristallinen Bausteine im Nano-Massstab verkleben. Ziel ist, Zement, und damit vor allem Beton, bruchfester zu machen.

Die Forscher wollen durch das Bauen nach der Natur ganz neue Materialqualitäten schaffen: «Wenn es uns gelingt, Materialien gezielt zu strukturieren und solche Baupläne nachzubauen, erhalten wir noch viel bruchfestere Materialien – Hochleistungsmaterialien, die bioinspiriert sind.» Der so hergestellte Zement ist «deutlich bruchfester als alles, was in diesem Bereich bislang bekannt ist», sagte Cölfen, «er eröffnet ganz neue Möglichkeiten, zu bauen.» Würde man mit diesem Zement eine Säule errichten, so könnte diese achttausend Meter hoch sein, zehnmal höher als das bisher höchste Gebäude der Welt, bevor das Material am unteren Ende der Säule durch den Druck zerstört würde. Mit normalem Stahl, der den Wert von 250 Megapascal hat, würde man gerade einmal dreitausend Meter erreichen. Die Ergebnisse der Studien sind in «Science Advances» publiziert worden.

(Artikel aus factum 01/2018)