Kompositwerkstoff verändert Eigenschaften durch ultraviolettes Licht

Wissenschaftler des U.S. Army Research Laboratory (ARL) haben gemeinsam mit Kollegen der University of Maryland eine Art Wundermaterial entwickelt, das quasi auf Knopfdruck seine Eigenschaften verändert. Dabei handelt es sich um einen Kompositwerkstoff, der mit winzigen Kohlenstoffnanoröhren und speziellen chemischen Molekülen ausgestattet wurde. Diese reagieren auf die Bestrahlung mit ultraviolettem Licht, was dazu führt, dass das Material auf Wunsch etwa 93 Prozent steifer und 35 Prozent härter wird. Dessen Einsatz soll künftig vor allem neue Designs von rotorbetriebenen Luftfahrzeugen ermöglichen.

Der Fokus dieser Forschung liegt auf dem Versuch, zu kontrollieren, wie Moleküle miteinander interagieren. Ziel ist es, das so hinzubekommen, dass Veränderungen auf der Nanoebene tatsächlich auch zu sichtbaren Veränderungen im größeren Maßstab führen, so ARL-Forschungsleiter Frank Gardea. Von solchen Möglichkeiten soll insbesondere die Luftfahrtechnik profitieren. Es gibt zum Beispiel eine ganze Reihe spannende Konzepte für Rotorflugzeuge, die sich bislang aufgrund mangelnder Kompositmaterialien aber einfach nicht umsetzen lassen, so Bryn Glaz, Leiter der ARL-Abteilung für Vehicle Technology.

Mithilfe des neuen Ansatzes soll sich das nun grundlegend ändern. Damit sind die Wissenschaftler nicht nur in der Lage, auch solche zukunftsweisenden Ideen zu realisieren, sie können auch einen der wichtigsten Wünsche der Armee erfüllen und die erforderlichen Instandhaltungskosten deutlich reduzieren. Diese würden nämlich aufgrund von erzwungenen Kompromissen bei den verwendeten Materialien oft unverhältnismäßig hoch ausfallen. Die verbesserten mechanischen Materialeigenschaften erlauben eine leichtere Bauweise und einen längeren Einsatzzeitraum.

Molekularer Eingriff erforderlich

Um ihr Wundermaterial herzustellen, greifen die Forscher auf einen Trick aus der Chemie zurück. Sie integrieren zunächst bestimmte Moleküle in Kohlenstoffnanoröhren, die auf ultraviolettes Licht reagieren. Die winzigen Karbonteile werden anschließend in ein Polymer eingebettet. Wird dieses dann mit ultraviolettem Licht bestrahlt, kommt es zu einer chemischen Reaktion, die zur Folge hat, dass das gesamte Material deutlich steifer und härter wird.

Bei ersten Tests im Labor konnten die Wissenschaftler auf diese Art und Weise beträchtliche Ergebnisse erzielen: Schon nach einer fünfminütigen Bestrahlung wies das Kompositmaterial eine um 93 Prozent gesteigerte Steifheit und einen um 35 Prozent höheren Härtegrad auf. Mit diesem Ansatz zeigen sie, dass es möglich ist, die allgemeinen Materialeigenschaften von Nano-Kompositwerkstoffen durch eine bestimmte technische Bearbeitung auf molekularer Ebene gezielt zu beeinflussen.

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