Forscher des MIT haben ein neues Material geschaffen, das so stark wie Stahl, aber so leicht wie Kunststoff ist und gleichzeitig skalierbar ist, um in großen Mengen hergestellt zu werden.

Kunststoff hat gerade ein Upgrade erhalten. Forscher des MIT haben ein neues Material geschaffen, das so stark wie Stahl, aber so leicht wie Kunststoff ist und gleichzeitig skalierbar ist, um in großen Mengen hergestellt zu werden. Diese sogenannten zweidimensionalen Materialien (2D) haben ein enormes Potenzial die heutigen Siliziumtechnologien zu ersetzen.

Zweidimensionale Materialien sind in den letzten Jahren auf der Suche nach leichten und dennoch starken Materialien ins Rampenlicht gerückt. Sie weisen eine beeindruckende Kombination von Flexibilität und Festigkeit auf, die neue Wege in der flexiblen Elektronik eröffnen könnten. Das Forscherteam vom MIT glaubt, dass das Material ein fortschrittlicher Ersatz für elektronische Geräte und Telefone, Baumaterialien und sogar die Außenbeschichtung von Autos wäre. Das Material wurde in einer in Nature veröffentlichten Studie skizziert.

Mit Polymeren wie Kunststoffen, die wir täglich verwenden, konnte man bislang keine 2D-Platten bilden – bis jetzt. Durch die Verwendung einer neuen Polymerisationsmethode haben die Forscher erfolgreich Monomere (die kurzen Ketten von Molekülen, die sich zu einem Polymer verbinden) dazu gebracht, 2D-Blätter zu erzeugen und in diesem Zustand zu bleiben. Früher drehten und bewegten sich Monomere während sich die 2D-Schicht bildete, was dazu führte, dass die einheitliche Struktur verloren ging und die Wissenschaftler glaubten, dass die Herstellung eines 2D-Polymers unmöglich ist.

In der Studie verwendeten die Forscher eine Verbindung namens Melamin als Monomer und eine irreversible Polykondensationsreaktion, um sie dazu zu bringen, Scheiben in zwei Dimensionen zu bilden. Die Scheiben schichten sich dann übereinander und verwenden Wasserstoffbrückenbindungen, um an Ort und Stelle zu bleiben. Einmal gestapelt, entsteht durch diese neue Struktur ein Material, das unglaublich leicht ist – etwa ein Sechstel der Dichte von Stahl – aber bemerkenswert stark. Laut den Forschern ist die Kraft, die benötigt wird, um das Material zu verformen, doppelt so hoch wie die von Stahl.

Der Mechanismus entsteht spontan. Hat sich das einmal zusammengesetzt, bildet es einen Film, mit dem alles Mögliche beschichtet werden kann. Mit dieser Methode könnten ultradünne Beschichtungen entwickelt werden, die das Eindringen von Wasser oder Gasen vollständig verhindern.


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Bild: Christine Daniloff, MIT