Scope Online - Industriemagazin für Produktion und Technik
Sie befinden sich hier:
Home> Engineering> Oberflächentechnik + Werkstoffe>

Weltweit kleinstes Fachwerk

Leichtbau-WerkstoffeKIT-Forscher präsentieren das kleinste Fachwerk der Welt

Das kleinste von Menschen gemachte Fachwerk haben Forscher des KIT nun in der Fachzeitschrift Nature Materials vorgestellt. Mit Strebenlängen von unter einem Mikrometer und Strebendurchmessern von 200 Nanometern sind seine Bauteile aus glasartigem Kohlenstoff rund einen Faktor fünf kleiner als vergleichbare sogenannte Metamaterialien. Durch die kleine Dimension werden bisher unerreichte Verhältnisse von Festigkeit zu Dichte erzielt. Anwendungen als Elektroden, Filter oder optische Bauteile könnten möglich werden

Weltweit kleinstes Fachwerk

„Leichtbau-Werkstoffe wie Knochen und Holz findet man überall in der Natur“, erklärt Dr.–Ing. Jens Bauer vom Karlsruher Institut für Technologie, Erstautor der Studie. „Sie vereinen hohe Tragkraft und kleines Gewicht und sind so ein Vorbild für mechanische Metamaterialien für technische Anwendungen.“

Metamaterialien sind Stoffe, deren Struktur im Größenbereich von Mikrometern (millionstel Meter) gezielt so geplant und hergestellt werden, dass sie mechanische oder etwa optische Eigenschaften besitzen, die unstrukturierte Feststoffe prinzipiell nicht erreichen können. Beispiele sind Tarnkappen, die Licht, Schall oder Wärme um Objekte herum leiten, Materialien, die kontra-intuitiv auf Druck und Scherung reagieren (auxetisch) oder Leichtbau-Nanowerkstoffe, die hohe spezifische Stabilität aufweisen (Kraft pro Fläche und Dichte).

Anzeige
Weitere Beiträge zuLeichtbau-Werkstoffe

Für das nun vorgestellte stabile Fachwerk, mit den weltweit kleinsten Strukturen, nutzte Bauer zunächst die bewährte 3-D-Laserlithografie. Laserstrahlen härten computergesteuert die gewünschte mikrometergroße Struktur in einem Photolack aus. Die Auflösung des Verfahrens erlaubt es allerdings nur, Streben von rund 5-10 Mikrometer Länge und einem Mikrometer Durchmesser zu erstellen. Im anschließenden Schritt wird die Struktur mittels Pyrolyse geschrumpft und verglast. Damit wird erstmals bei der Herstellung mikrostrukturierte Fachwerke Pyrolyse genutzt: Das Objekt wird in einem Vakuum-Ofen Temperaturen von rund 900 Grad Celsius ausgesetzt, wodurch die chemischen Bindungen sich neu orientieren. Dabei entweichen alle Elemente aus dem Lack außer dem Kohlenstoff, welcher in seiner ungeordneten Form als Glaskohlenstoff in der geschrumpften Fachwerkstruktur zurückbleibt. Die gewonnenen Strukturen setzen die Forscher mit einem Stempel unter Druck und testeten so ihre Stabilität.

„Die Ergebnisse zeigen, dass die Belastbarkeit des Fachwerks sehr nahe an der theoretisch Möglichen und weit über der von unstrukturiertem glasartigem Kohlenstoff liegt“, berichtet Prof. Oliver Kraft, Mitautor der Studie. Er war bis Ende letzten Jahres Leiter des Instituts für Angewandte Materialien des KIT und ist seit diesem Jahr Vizepräsident für Forschung des KIT. „Diamant ist noch der einzige Feststoff, der eine höhere spezifische Stabilität aufweist.“

Mikrostrukturierte Materialien dienen oft zur Isolation oder als Stoßdämpfer. Offenporige Stoffe können als Filter in der chemischen Industrie genutzt werden. Metamaterialien haben auch außergewöhnliche optische Eigenschaften, die in der Telekomunikation eingesetzt werden können. Glaskohlenstoff ist ein hochtechnologischer Werkstoff aus reinem Kohlenstoff, der glasartige keramische Eigenschaften mit denen des Graphits vereint. Er ist als Werkstoff in Elektroden von Batterien oder Elektrolyseanlagen interessant.

Anzeige

Weitere Beiträge zum Thema

praxisFORUM+ der Komet Group

Praxis-Forum+Wirtschaftliche Zerspanung von Leichtbauwerkstoffen

Die Veranstaltungsreihe Praxis-Forum+ der Komet Group bietet fundierte Informationen und praxisorientiertes Know-how zu Themen unterschiedlicher Disziplinen. Am 12. November 2015 von 9.00 bis 17.00 Uhr findet in der Ideen-Fabrik+ in Besigheim ein Forum unter dem Titel „Zerspanung von Leichtbauwerkstoffen“ statt.

…mehr

Weitere Beiträge zu dieser Firma

Abschmelzstelle eines Silizium-Einkristallstabs

Leistungshalbleiter aus SiliziumkarbidWirkungsgrad der Stromversorgung in der Industrie erhöhen

Den Wirkungsgrad der Stromversorgung in industriellen Prozessen zu erhöhen und dadurch Energie und CO2 einzusparen, ist Ziel des neuen mit 800.000 Euro geförderten Verbundprojekts „MMPSiC“.

…mehr
Glasflügler als Vorbild für die Technik

Glasflügler als VorbildLichtreflexionen verringern

Der Effekt ist vom Handy bekannt: In der Sonne spiegelt das Display, man erkennt fast nichts mehr. Geschickter stellt sich der Glasflügel-Schmetterling an: Trotz durchsichtiger Flügel reflektiert er kaum Licht und ist dadurch im Flug für Fressfeinde beinahe unsichtbar. Seine Fähigkeiten sollen den Herstellern von Displays jetzt neue Möglichkeiten eröffnen.

…mehr

Weitere Beiträge in dieser Rubrik

Verjüngung: Bearbeitungstiefe ausdehnen

VerjüngungBearbeitungstiefe ausdehnen

Pallas erweitert mit einer aufschraubbaren Verjüngung und einem neuen Düsentyp das Einsatzspektrum seines Laserbearbeitungskopfes iClad.

…mehr
Schwertbürsten: Statt Vogelfedern

SchwertbürstenStatt Vogelfedern

Staubpartikel auf metallischen Oberflächen führen oftmals zu einer hohen Nacharbeits- und Ausschussquote. Daher ist zum Beispiel in der Automobilproduktion der Einsatz von Emufedern zur Reinigung der Karosserie vor dem Lackiervorgang Usus.

…mehr
Anzeige
Anzeige
Anzeige

Neue Stellenanzeigen

Anzeige