Von Insekten abgeschautes Rezept ermöglicht maßgeschneiderte Metallverbundstoffe
Von Krebsen und Insekten abgeschaut: Metallische Objekte lassen sich auch ohne energieintensive Schmelzöfen und Pressen erzeugen – nach dem Vorbild der Natur. Möglich wird dies durch eine Aufschwemmung von Metallpartikeln in einer Chitosanlösung. Dieses vom Chitin der Krebse und Insekten abgeleitete Biopolymer härtet nach dem Gießen in der gewünschten Form aus und es entstehen Objekte aus bis zu 99 Prozent Metall.
Die Natur stellt ihre Materialien nachhaltiger her, als wir Menschen es tun. „Im Gegensatz zu unseren Ingenieuren arbeitet die Natur unter einem Paradigma der Knappheit und findet Lösungen ohne Zugang zu intensiven Energiequellen oder komplexen Lieferketten“, erklärt Seniorautor Javier Fernandez von der Universität für Technologie und Design. Dieses organische Polymer ist in der Natur weit verbreitet und findet sich beispielsweise im Panzer von Krebsen und Insekten.
Ein Team um Fernandez und Erstautor Ng Shiwei von der SUTD hat nun versucht, diesen biologischen Prozess nachzuahmen, um Chitinmoleküle und Metalle gezielt zu kombinieren und daraus funktionelle Strukturen herzustellen.
Anschließend ließen sie das Wasser verdampfen und die Materialmischung härtete aus – ähnlich wie Krabbenschalen oder Insektenpanzer. „Indem wir Metallpartikel in gelöstes Chitosan gießen und sie ‚trocknen‘ lassen, können wir massive Metallteile formen, ohne die Einschränkungen des Schmelzens“, erklärt Fernandez.Die Produkte bestehen zu 99,5 Prozent aus Metall – deutlich mehr als bei tierischen Panzern üblich.
Aufgrund dieser Eigenschaften könnten die chitometallischen Verbundstoffe künftig zur ressourcenschonenden Herstellung von biologisch abbaubaren Batterie-Elektroden oder anderen elektrischen Bauteilen verwendet werden, wie die Materialwissenschaftler berichten. Auch ein Einsatz inoder Medizingeräten sei denkbar. „Diese Technologie ersetzt nicht die traditionellen Methoden, sondern ermöglicht neue, komplementäre Produktionsmethoden“, betont Fernandez.
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