An der University of California erforscht Assistenzprofessor David Kisailus die Zähne der Cryptochiton stelleri, der größten lebenden Käferschnecke, um kostengünstigere Nanomaterialien zu entwickeln, die die Wirkungsweise von Solarzellen und Lithium-Ionen-Batterien verbessern können. Während er sich mit dem Wachstum der Zähne dieser Schneckenart beschäftigte, machte er eine für die Energietechnik bahnbrechende Entdeckung, welche in der diesjährigen Januarausgabe des Journals Advanced Functional Materials veröffentlicht wurde.

Um fortschrittliche Produkte und Materialien zu designen, lässt sich David Kisailus von der Natur inspirieren. Aufgrund seines Interesses an widerstandsfähigen Materialien, begann der Bioniker vor etwa fünf Jahren sich mit dem Fressverhalten der Käferschnecke zu beschäftigen. Dabei fand er heraus, dass die Zähne der Schnecke Magnetit, das härteste auf der Erde vorkommende Biomineral, enthalten – dieses Mineral härtet die Zähne nicht nur, sondern macht sie zudem auch magnetisch.

Der Assistenzprofessor wies nach, dass bei der Entstehung dieser Zähne zunächst hydratisierte Eisenoxidkristalle an einer faserähnlichen, chitinartigen organischen Struktur einen Nukleus bilden. Diese nanokristallinen Eisenoxid-Partikel wandeln sich durch Festkörpertransformation in magnetisches Eisenoxid um, lagern sich entlang der organischen Fasern ab und bilden so parallele Eisenstränge innerhalb der Zähne, die auf diese Weise ihre Widerstandsfähigkeit erhalten. All dies, so Kisailus, geschieht bei Raumtemperatur und unter ungefährlichen Bedingungen – dies lässt darauf schließen, dass man ähnliche Strategien nutzen kann, um Nanomaterialien kostengünstiger herzustellen.

In seinem Labor züchtet Kisailus auf Grundlage seiner Forschungen Mineralien für den Einsatz in Solarzellen und Lithium-Ionen-Batterien. Indem er die Größe, Form und Ausrichtung dieser Kristalle kontrolliert, hofft er, Materialien zu erschaffen, die Solarzellen und Lithium-Ionen-Batterien eine effizientere Wirkungsweise erlauben.

Das Zahnmodell der Käferschnecke fördert noch einen weiteren Vorteil zu Tage: Nanokristalle unter niedrigeren Temperaturen herstellen zu können, erlaubt auch niedrigere Produktionskosten in der Energietechnik. Des Weiteren könnten künftig, nach dem Vorbild der Natur, optimiertere Designs für Dentalbohrer kreiert werden.

Übersetzung: ucrtoday.ucr.edu