Welt der Technik

Aerographit - Leichtestes Material der Welt

Chemie © Nebuto Fotolia Deutschen Forschern ist die Entwicklung des leichtesten Materials der Welt gelungen. Die Wissenschaftler der Kieler Christian-Albrechts-Universität und der TU Harburg arbeiteten anderthalb Jahre an dem jetzt unter dem Namen Aerographit bekannten Stoff. Das aus porösem Kohlenstoff bestehende Material sieht dunkelschwarz aus und weist eine schwammähnliche Struktur auf. Ein Kubikzentimeter Aerographit wiegt gerade einmal 0,2 Milligramm und ist damit sogar 75-mal leichter als herkömmliches Styropor. Durch die Entwicklung des Materials ergeben sich vor allem für die Batterieherstellung in Autos interessante Möglichkeiten. Denn Aerographit ist trotz seiner geringen Dichte sehr stabil, elektrisch leitfähig, wasserabweisend und lichtabsorbierend. Mit diesen Eigenschaften könnte es etwa in Akkus für Autobatterien oder der Satellitentechnik eingesetzt werden. Das Material ist leicht und kostengünstig herstellbar, weswegen Forscher ihm ein großes Potenzial für den industriellen Einsatz in der Zukunft zusprechen.

Material aus fast 99 % Luft
Aerographit besteht zu fast 99 % aus Luft, wodurch die weltweit einmalig geringe Dichte ermöglicht wird. Umso erstaunlicher sind die beachtenswerte mechanische Stabilität und die elektrische Leitfähigkeit. Bei Tests zur mechanischen Widerstandsfähigkeit des Materials wurden verschiedene Proben Aerographit zyklischen Kompressionen und Expansionen sowie Spannungen ausgesetzt. Die grafische Auswertung zeigte erstaunliche Ergebnisse: Das Material kann vergleichsweise hohe Belastungen ohne bleibende Deformationen überstehen. Im Gegenteil, es reagiert auf Spannungen und Druckschwankungen mit einer viskoelastischen, das heißt vorübergehenden, Verformung. So kann eine etwa 3 Millimeter lange Probe des Stoffs bis auf 100 Mikrometer zusammengedrückt werden und dehnt sich später dennoch zu seiner ursprünglichen Form aus. Auch im Vergleich mit bisher bekannten Stoffen überragt Aerographit: Es hält, gemessen an seiner Dichte, mindestens 35-mal höheren Drücken als das beste bisher bekannte auf Silizium basierende Aerogel stand. Auch in ersten Tests zur Eignung des Materials in realen industriellen Anwendungen konnte Aeographit die hohen Erwartungen seiner Erzeuger erfüllen.

Noch geringere Dichten möglich
Die Struktur und Entstehung des Aerographit kann man sich bildlich etwa folgendermaßen vorstellen: Zur Stabilisierung der ultraleichten Zinkrohre werden zunächst etwas stabilere Stützen verwendet, um die sich dann wie bei einer Schlängelpflanze die feine Struktur verflechtet. Die Stütze ist dabei nur Mittel zum Zweck und kann später entfernt werden. Bei der weiteren Erforschung des Materials sehen die Wissenschaftler sogar noch Luft nach oben, bzw. nach unten was das Gewicht angeht. Zur Herstellung des rohrförmigen Stoffes wird pulverförmiges Zinkoxid in einem Ofen aus 900 °C erhitzt und dadurch in eine kristalline Form gebracht. Durch Zugabe von Wasserstoff entweichen dann Dampf und Zink als Gase und es entsteht die Kohlenstoffstruktur des Aerographit. Dieser Prozess lässt sich noch deutlich beschleunigen, wodurch noch geringere Dichten erreicht werden können.

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