{"id":4467,"date":"2019-09-30T16:17:02","date_gmt":"2019-09-30T15:17:02","guid":{"rendered":"https:\/\/fougerette.wordpress.com\/?p=4467"},"modified":"2019-09-30T16:17:02","modified_gmt":"2019-09-30T15:17:02","slug":"material-world-werkstoffe-der-zukunft","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/archive.fougerette.org\/?p=4467","title":{"rendered":"Material Girl"},"content":{"rendered":"

Ein Ausflug in die Welt der Materialwissenschaften mit ETH-Professor Andr\u00e9 R. Studart<\/a><\/em><\/strong><\/p>\n

\"\"<\/a>Die Entwicklung neuartiger Materialien legt den Grundstein f\u00fcr bahnbrechende Errungenschaften mit Nutzen im t\u00e4glichen Leben. Klar geht es dabei auch um materielle Werte (sprich: Geld, daher auch der Titel, mit Gruss an Madonna). Der Fokus liegt in diesem Post aber tats\u00e4chlich auf den Werkstoffen selbst, denn das Fachgebiet ist einfach unglaublich faszinierend!<\/p>\n

Das sieht auch Studart, Leiter des Labors f\u00fcr Komplexe Materialien, so: \u201eMaterialwissenschaft<\/a> ist nicht nur extrem spannend, sondern auch hochgradig interdisziplin\u00e4r\u201c, unterstreicht er gleich zu Beginn unseres Treffens.<\/p>\n

Seine Forschung etwa bringt ihn in Kontakt mit Ingenieuren aller Art (von der Luftfahrt \u00fcber Mechanik bis hin zu Robotik und Bau), mit Pharmakologen, Gesundheitswissenschaftlern und sogar Zoologen. Fundierte Kenntnisse in Physik, Chemie, Mathematik und Biologie verbinden sich dadurch mit Mechanik und Verarbeitungstechnik.<\/p>\n

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MATERIAL NEU GEDACHT<\/strong><\/h3>\n

Wollte man fr\u00fcher einen harten, belastbaren und tragf\u00e4higen Werkstoff haben, suchte man im Periodensystem den entsprechenden Werkstoff und das war\u2019s dann. Heute geht die Materialwissenschaft wesentlich raffinierter vor, um neue Werkstoffe und\/oder effizientere Herstellungsverfahren zu entwickeln. Nachfolgend einige Beispiele:<\/p>\n

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\"K\u00fcnstlich<\/a>Kalkstein \u2013 hartes, extrem leichtes Bau-Material<\/strong><\/p>\n

Kalziumkarbonat (Kreide, Kalk)<\/em><\/p>\n

Die Tage der Wandtafel sind gez\u00e4hlt, doch die meisten von uns kennen sie noch, die Kreide. Damit lassen sich etwa Strassen wunderbar bunt bemalen \u2013 nur schade, dass sie so leicht brechen…<\/p>\n

Auf den ersten Blick ist Kreide bzw. Kalkstein kein Material, das hohe Belastbarkeit und Bruchsicherheit verspricht. Allerdings besteht auch Perlmutt aus Kalziumkarbonat und dieses Material schimmert nicht nur bet\u00f6rend, es ist auch kratzfest und extrem hart.<\/p>\n

\"K\u00fcnstlich<\/a>Diese Tatsache veranlasste Andr\u00e9 Studart und sein Team, genauer hinzuschauen. Was sie entdeckten: Perlmutt besteht aus verschiedenen, \u00fcbereinander gelagerten Schichten von Kalkstein, die sich in ihrer strukturellen Anordnung unterscheiden.<\/p>\n

Nach einigen Anl\u00e4ufen gelang es gelang es ihnen, Perlmutt aus normalem Kalkstein herzustellen, indem sie diesen mit Eisen-Staub verwirbelten und anschliessend mithilfe von Magneten Schicht f\u00fcr Schicht in der gew\u00fcnschten Richtung anordneten.<\/p>\n

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Effizienteres Herstellungsverfahren f\u00fcr die Bauindustrie<\/strong><\/p>\n

Studart und sein Team blieben in Sachen Kalkstein am Ball und fanden heraus, dass sich das por\u00f6se Material, wenn es bei Raumtemperatur unter Wasser mit hohem Druck zusammengepresst wird, zu einem extrem leichten, tragf\u00e4higen Werkstoff verdichtet \u2013 ein vielversprechendes Baumaterial! Dies unter anderem auch deshalb, weil das von ihnen neu entwickelte Herstellungsverfahren ohne Zusatzstoffe auskommt und vergleichsweise wenig Energie verbraucht.<\/p>\n

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Edamame geben Anstoss zu keramischen \u201eFusilli\u201c <\/strong><\/p>\n

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Links: Getrocknete Edamame-Schote. Rechts: Keramisches „Fusilll“ (Foto: M. Siegenthaler)<\/figcaption><\/figure>\n

Genau wie Perlmutt nutzt auch die Edamame-Bohne unterschiedlich angeordnete Schichten, um strukturelle Stabilit\u00e4t zu erreichen. Trocknet man die Schoten, so kringeln sich diese um die eigene Achse.<\/p>\n

\"\"<\/a>Diesem Prinzip folgend entwickelten Studart und sein Team einen Werkstoff aus Keramik, der sich w\u00e4hrend des Brennvorgangs wie von Zauberhand zu einer Spirale verdreht \u2013 ein v\u00f6llig neuartiger Ansatz, um etwa Schrauben aus Keramik f\u00fcr Implantate o.\u00e4. herzustellen.<\/p>\n

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Knochen \u2013 lebendige Implantate?<\/strong><\/p>\n

Ein weiteres, nahezu futuristisch anmutendes Forschungsprojekt von Professor Studart besch\u00e4ftigt sich mit Implantaten. G\u00e4ngige Werkstoffe f\u00fcr Implantate sind etwa chirurgischer Stahl, Titan, Keramik oder Polymere<\/a>. Diese werden vom K\u00f6rper vergleichsweise gut angenommen, bleiben jedoch dem Organismus letztlich immer fremd.<\/p>\n

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Illustration: kjpargeter (Freepik.com)<\/figcaption><\/figure>\n

Was aber, wenn zum Beispiel ein k\u00fcnstliches H\u00fcftgelenk vom K\u00f6rper absorbiert werden d.h. mit dem Knochen verschmelzen k\u00f6nnte? Unsere Knochen sind ja lebendig, wachsen und erneuern sich bis ins hohe Alter.<\/p>\n

Hier bewegt sich die Forschung an der Schnittstelle zwischen \u201etotem\u201c und lebendigem Material… Studart selber t\u00fcftelt an einer Kombination von Kalziumkarbonat mit lebenden Organismen wie Mikroben (z.B. Bakterien), Pilzen und Pflanzenzellen. Gelingt das Projekt, w\u00e4re dies ein weiterer Meilenstein.<\/p>\n

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Ausblick: Nachhaltigkeit im Fokus<\/strong><\/h3>\n

In der Materialwissenschaft ist unglaublich vieles in Bewegung – was hoffentlich dazu beitragen wird, die globale Klimakrise doch noch irgendwie in den Griff zu bekommen. Studart betont, dass neben der Vernetzung mit anderen Wissenschaften vor allem auch Nachhaltigkeit ein zentrales Anliegen der Forschung ist und mittlerweile zu den Top 5 Kriterien geh\u00f6rt.<\/p>\n

Plastik durch Zellulose ersetzen<\/strong><\/p>\n

So laufen etwa Versuche mit Zellulose und 3D-Druckern, welche es erm\u00f6glichen sollen, Plastik zu ersetzen. Studarts Mitarbeiter Patrick R\u00fchs und Manuel Schaffner entwickelten eine biokompatible Tinte aus lebenden Bakterien<\/a>, die Giftstoffe abbauen oder hochreine Zellulose f\u00fcr biomedizinische Anwendungen produzieren k\u00f6nnen. Ihr neues Druckmaterial nannten die Wissenschaftler \u00abFlink\u00bb, was f\u00fcr \u00abfunctional living ink\u00bb steht; die Technik wurde 2017 in der Fachzeitschrift Science Advances<\/a> vorgestellt.<\/p>\n

Bis Plastik wirklich vollst\u00e4ndig durch Zellulose ersetzt werden kann, sollten wir alle dem Projekt Ocean Cleanup<\/a> die Daumen dr\u00fccken… Vor knapp drei Monaten, am 24. Juni, ist der gigantische \u201eMeeres-Staubsauger\u201c erneut aufgebrochen. Diesmal klappt hoffentlich alles und es kann wie geplant m\u00f6glichst viel (Mikro-)Plastik aus dem Pafzifik gefischt werden!<\/p>\n

Wer den Treffpunkt Science City diesen Fr\u00fchling verpasst hat, findet hier einen kurzen Dokfilm zu der Veranstaltungsreihe unter dem Motto: Das perfekte Material \u2013 Es lebt! Es lernt! Es heilt!<\/a>.<\/p>\n

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