Nanodrähte und Superkleber

Wissenschaft und Technik 2008:

Ein Beitrag zur Lösung des Energieproblems zeichnet sich auch auf dem Gebiet der technischen Materialentwicklung ab. Schlüsselwort ist hier der »thermoelektrische Effekt«, der bislang nur äußerst bescheiden genutzt wurde, weil die dafür erforderlichen Materialien nicht nur sehr teuer sind, sondern auch schlechte Wirkungsgrade besitzen. Doch jetzt versprechen neuartige Silizium-Nanodrähte großtechnische Anwendungen.

Beim thermoelektrischen Effekt wird Wärme direkt in elektrische Energie umgewandelt. Der thermoelektrische Wirkungsgrad steigt mit der elektrischen Leitfähigkeit eines Materials und ist umso größer, je kleiner die Wärmeleitfähigkeit ist. Silizium-Nanodrähte zeichnen sich durch eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit bei sehr guter elektrischer Leitfähigkeit aus. Nach der Überwindung technischer Schwierigkeiten bei der Produktion lassen sich für die Zukunft vielversprechende Möglichkeiten erkennen, kostengünstig in großem Stil Sonnenwärme und Kraftwerk-Abwärme direkt in elektrischen Strom umzuwandeln.

Völlig neuartige Kleb- und Oberflächenbeschichtungsstoffe entwickeln Wissenschaftler um Philip B. Messersmith an der Northwestern University in Evanston (USA), indem sie Proteine der Miesmuschel (Mytilus edulis) nachbauen. Diese Muscheln sondern sog. Byssusfäden aus Eiweißen ab, die auch unter Wasser schnell sehr stabile Klebeverbindungen erzeugen. Je nach chemischem Aufbau sind diese elastisch oder starr, oder sie liefern geschlossene Schutzüberzüge. Anvisierte technische Anwendungsgebiete sind biokompatible Verklebungen und Beschichtungen in flüssigen Medien, z. B. auch in der Medizintechnik.

Ein Schwerpunkt im Fahrzeugbau ist die Entwicklung neuer Werkstoffe für die Innenraumgestaltung – von der Armaturenkonsole bis zum Sitzbezug. Hier zeichnet sich ein Trend zu biologisch problemlos abbaubaren Werkstoffen aus nachwachsenden Rohstoffquellen ab. Im Gespräch sind z. B. Polymilchsäuren (Polylactide, PLA), die sich fermentativ aus Zucker oder Stärke (Getreide, Baumwolle u. a.) erzeugen lassen. Prototypen stellen derzeit Mazda und Fiat her.

Erwähnenswert ist schließlich ein neuartiges technisches Material, das kürzlich eine US-amerikanische Wissenschaftlergruppe um Savas Tay entwickelt hat. Dabei handelt es sich um ein photosensibles Polymer, in dem sich holografische Bilder aufzeichnen lassen.

Anders als bei allen bislang dafür verwendeten Materialien sind die Bildinformationen in diesem Material wieder löschbar, und es ist neu beschreibbar. Die Hologramm-Polymerdisplays lassen sich preisgünstig in nahezu jeder Größe herstellen. Derzeit sind die darstellbaren Hologramme noch einfarbig, doch die Wissenschaftler arbeiten bereits an Materialien für mehrfarbige Darstellungen. Anwendungen sind u. a. in der Chirurgie, der Militärtechnik und für dreidimensionale Kinoprojektionswände geplant.