{"id":149909,"date":"2024-09-05T07:20:00","date_gmt":"2024-09-05T05:20:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=149909"},"modified":"2024-09-02T13:06:59","modified_gmt":"2024-09-02T11:06:59","slug":"metallobjekte-ohne-schmelzen-und-pressen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/metallobjekte-ohne-schmelzen-und-pressen\/","title":{"rendered":"Metallobjekte ohne Schmelzen und Pressen"},"content":{"rendered":"\n\n\n

Von Krebsen und Insekten abgeschaut: Metallische Objekte lassen sich auch ohne energieintensive Schmelz\u00f6fen und Pressen erzeugen \u2013 nach dem Vorbild der Natur. M\u00f6glich wird dies durch eine Aufschwemmung von Metallpartikeln in einer Chitosanl\u00f6sung. Dieses vom Chitin der Krebse und Insekten abgeleitete Biopolymer h\u00e4rtet nach dem Gie\u00dfen in der gew\u00fcnschten Form aus und es entstehen Objekte aus bis zu 99 Prozent Metall. Die Verbundstoffe leiten Strom und k\u00f6nnten k\u00fcnftig beispielsweise f\u00fcr elektronische Bauteile verwendet werden.<\/strong><\/p>\n\n\n

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\"Nachbildung
Nachbildung des Kopfes einer Honigbiene. Der metallische \u00dcberzug wurde bei Raumtemperatur und -druck nach den gleichen Prinzipien hergestellt, die Insekten zur Bildung ihres Exoskeletts verwenden. \u00a9 SUTD<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n

Die Natur stellt ihre Materialien nachhaltiger her, als wir Menschen es tun. \u201eIm Gegensatz zu unseren Ingenieuren arbeitet die Natur unter einem Paradigma der Knappheit und findet L\u00f6sungen ohne Zugang zu intensiven Energiequellen oder komplexen Lieferketten\u201c, erkl\u00e4rt Seniorautor Javier Fernandez von der Universit\u00e4t f\u00fcr Technologie und Design Singapur (SUTD). Seit langem lassen sich Ingenieure daher von biologischen Geweben und Bauwerken inspirieren<\/a> und ahmen diese nach, um Materialien mit den jeweils gew\u00fcnschten Eigenschaften zu entwickeln.<\/p>\n\n\n\n

Baustoffe von Insekten und Krebstieren im Blick<\/h3>\n\n\n\n

Eines der Vorbilder ist dabei Chitin<\/a>. Dieses organische Polymer ist in der Natur weit verbreitet und findet sich beispielsweise im Panzer von Krebsen und Insekten. F\u00fcr Ingenieure ist Chitin interessant, weil es robust und zugleich leicht ist. \u201eChitin hat auch eine starke Affinit\u00e4t zu Metallen\u201c, sagte Fernandez. In den nat\u00fcrlichen Chitinstrukturen wie den Exoskeletten von Insekten und Krebstieren finden sich daher auch Metalle wie Zink, Mangan und Eisen. Bei der biologischen Schalenbildung h\u00e4rtet ein weiches Chitin-Hydrogel zun\u00e4chst durch Gerben und Dehydrierung aus, anschlie\u00dfend werden darin Metalle aus der Umgebung eingebaut.<\/p>\n\n\n\n

Ein Team um Fernandez und Erstautor Ng Shiwei von der SUTD hat nun versucht, diesen biologischen Prozess nachzuahmen, um Chitinmolek\u00fcle und Metalle gezielt zu kombinieren und daraus funktionelle Strukturen herzustellen. Die Materialwissenschaftler suchten dabei nach einem Herstellungsverfahren, das weniger Energie ben\u00f6tigt als bisherige Produktionsmethoden<\/a>, bei denen oft hohe Temperaturen und hohe Dr\u00fccke eingesetzt werden, um Metalle zu schmelzen und zu formen.<\/p>\n\n\n\n

Materialmischung l\u00e4sst sich in Form gie\u00dfen oder drucken<\/h3>\n\n\n\n

Tats\u00e4chlich fanden die Forschenden einen Weg, um nach diesem Prinzip bei Raumtemperatur und Normaldruck neuartige chitosanhaltige Metalle herzustellen. Sie mischten daf\u00fcr geringe Mengen Chitosan<\/a> \u2013 ein Chitinderivat \u2013 in einer w\u00e4ssrigen L\u00f6sung mit verschiedenen Metallpartikeln \u2013 Zinn, Kupfer und Edelstahl in unterschiedlichen Anteilen \u2013 und gossen diese Mischung in verschiedene Formen.<\/p>\n\n\n\n

Anschlie\u00dfend lie\u00dfen sie das Wasser verdampfen und die Materialmischung h\u00e4rtete aus \u2013 \u00e4hnlich wie Krabbenschalen oder Insektenpanzer. \u201eIndem wir Metallpartikel in gel\u00f6stes Chitosan gie\u00dfen und sie \u201atrocknen\u2018 lassen, k\u00f6nnen wir massive Metallteile formen, ohne die Einschr\u00e4nkungen des Schmelzens\u201c, erkl\u00e4rt Fernandez.<\/p>\n\n\n\n

Neues Herstellungsverfahren f\u00fcr Elektroden und Co<\/h3>\n\n\n\n

Die Produkte bestehen zu 99,5 Prozent aus Metall \u2013 deutlich mehr als bei tierischen Panzern \u00fcblich. Die neuen chitometallischen Verbundstoffe sind zwar kompakt, aber por\u00f6s und dadurch nicht besonders robust. Allerdings k\u00f6nnen sie gut Strom leiten, sind ungew\u00f6hnlich wasserabweisend und k\u00f6nnen, genau wie Chitin auch per 3D-Druck<\/a> hergestellt werden, wie Tests ergaben. Wegen ihres Chitosan-Anteils sind die Materialien zudem mit biologischen Materialien wie Holz und Zellulose kompatibel und k\u00f6nnen darin eingebunden werden.<\/p>\n\n\n\n

Aufgrund dieser Eigenschaften k\u00f6nnten die chitometallischen Verbundstoffe k\u00fcnftig zur ressourcenschonenden Herstellung von biologisch abbaubaren Batterie-Elektroden oder anderen elektrischen Bauteilen verwendet werden, wie die Materialwissenschaftler berichten. Auch ein Einsatz in\u00a0smarten Textilien<\/a>\u00a0oder Medizinger\u00e4ten sei denkbar. \u201eDiese Technologie ersetzt nicht die traditionellen Methoden, sondern erm\u00f6glicht neue, komplement\u00e4re Produktionsmethoden\u201c, betont Fernandez. <\/p>\n\n\n\n

(Advanced Functional Materials<\/em>, 2024;\u00a0doi: 10.1002\/adfm.202406800<\/a><\/strong>)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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