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Israelische Forscher entwickelten Nanokügelchen, die starr wie Metall sind.

Organische Nanostruk­turen sind Schlüsselelemente für die ­Nano­technologie, denn diese Bausteine lassen sich mit maß­geschneiderten chemischen Ei­genschaften aus­statten. Nachteil waren bisher ihre im Vergleich zu metallischen Nano­struk­turen deut­lich unterlegenen me­cha­ni­schen Eigenschaften.

Ehud Gazit, Itay Rousso und ein Team von der Universität Tel Aviv, dem Weizmann Institute of Science sowie der Ben-Gurion Universität, Israel, entwickelten jüngst organische Nanokügelchen, die eine starre organische Struktur aufweisen. Wie die Wissenschaftler in der jüngsten Ausgabe der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, sind sie inte­ressante Bausteine für hochfeste Biokompositmaterialien.

25 Mal fester als Stahl

Nanoskali­ge biologische Strukturen weisen oft einzigartige mechanische Eigenschaften auf, etwa Spinnenseide, die, bezogen auf ihr Gewicht, 25 Mal fester ist als Stahl. Die festesten künstlichen orga­nischen Materialien sind derzeit ­Aramide wie Kevlar. Erfolgsgeheimnis ist eine spezielle räumliche Anordnung ihrer aromatischen Ringsysteme und ein Netz aus Wechselwirkungen zwischen ihren planaren Amidbindungen. Ein ähnliches Bauprinzip liegt auch den Nanokügelchen ­zugrunde. Anders als bei den langen Polymerketten der Aramide entstehen diese Strukturen jedoch in einem Selbstorgani­sationsprozess aus kleinen, sehr einfachen Molekülen auf Basis ­aromatischer Dipeptide der Aminosäure Phe­nylalanin.

Mithilfe eines Rasterkraft­­mi­kroskops untersuchten die Wis­senschaftler die mecha­nischen ­Eigenschaften dieser Nanokügelchen und errechneten ein bemer­kens­wert hohes Elastizitätsmodul (275 GPa), das höher ist als bei ­vielen Metallen und ähnliche Werte erreicht wie Stahl. Diese Nanostrukturen sind damit die bisher starrsten ­organischen Materialien und können sogar Aramide in den Schatten stellen. Zudem sind die Nano­kügelchen transparent. Das macht sie zu idealen Elementen für die Verstärkung von hochfesten Biokompositmate­ria­lien, wie verstärkte Kunststoffe für Implantate oder Zahnersatzmaterialien, Luft- und Raumfahrt und andere Anwendungen, die ­kostengünstige, leichte Stoffe mit hoher Steifigkeit und außer­gewöhnlicher Stabilität benöti­gen.

Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker