Hart wie ein Diamant und verformbar wie Metall

Wissenschaftler entwickeln neues Material für die Technik von morgen

15.01.2021 - Deutschland

Smartphones mit großflächigen Glasgehäusen und Displays überzeugen zwar optisch, sind aber auch sehr anfällig für Risse und Kratzer. Um diese Schäden künftig zu vermeiden, bräuchte es ein Material, das die Härte eines Diamanten und die Verformbarkeit eines Metalls vereint. Ein Material, das dem Fund des heiligen Grals der Strukturmaterialien gleich käme. Professor Gerold Schneider von der Technischen Universität Hamburg und weitere Hamburger Materialforscher haben nun gemeinsam mit der University of California, Berkeley ein Hybridmaterial, einen so genannten Superkristall entwickelt, der diesem Ziel näher kommt.

Damit könnte die Technik auf Gebieten wie der Elektronik, Photonik oder auch Energiespeicherung künftig kostengünstiger, robuster oder auch funktionaler werden.

Verformbares Material aus Nanoteilchen

Das Forschungsteam um Professor Gerold Schneider hat in Zusammenarbeit mit Kollegen vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht und der University of California, Berkeley herausgefunden, dass sich Nanoteilchen wie Atome in einem dreidimensionalen, periodischen Gitter anordnen lassen und mit Hilfe von ultradünnen Schichten aus Fettsäuren aneinander haften. Da die Nanoteilchen aus sehr hartem Eisenoxid, einer Art Rost, und die Verbindungsschicht aus flüssiger Ölsäure bestehen, ist der Superkristall sehr hart, gleichzeitig gut verformbar und noch dazu vollkommen umweltverträglich. Perfekt für stark beanspruchte Oberflächen.
Nano-Eindruck mit erzeugten Versetzungen und Verdichtung des Superkristalls.Nano-Eindruck mit erzeugten Versetzungen und Verdichtung des Superkristalls.

Neues Materialkonzept

„Plastische Verformungen von Materialien wie Kupfer, Aluminium oder Stahl sind in der Forschung längst bekannt. Dass sich dieses mechanische Verhalten auch auf hochfeste Superkristalle übertragen lässt, ist völlig neu“, erklärt Diletta Giuntini, Wissenschaftliche Mitarbeiterin der TU Hamburg und mittlerweile Assistant Professor an der Technischen Universität Eindhoven. „Im Rahmen unserer Arbeit haben wir wertvolles Wissen darüber gewonnen, wie wir die mechanischen Eigenschaften und die Verformbarkeit von Superkristallen kontrollieren können. Im nächsten Schritt wollen wir deren einzelne Bestandteile noch feiner aufeinander abstimmen und für ihren vielfältigen Materialeinsatz perfektionieren“, so die Forscherin weiter.