Leichte, poröse Materialien für zahlreiche Anwendungen
Obwohl fortschrittliche Materialien weithin als Schlüsseltechnologie anerkannt sind, müssen sie erst noch weiterentwickelt werden. Hier hat das Projekt NanoGrow eine neuartige Strategie zur Herstellung von hochporösen, leichten Hochleistungswerkstoffen mit kontrollierter Porenstruktur, mechanischen Eigenschaften und zusätzlicher Funktionalität entwickelt. Zur Entwicklung dieses Materials setzten die Forscher ein Verfahren ein, um polymere Nanokomposite als konforme Beschichtungen auf porösen Substraten, wie z. B. offenzelligen Schäumen, zu „züchten“. Die Beschichtung wurde mittels schichtweisem Aufbau aufgebracht, bei dem hintereinander dünne Schichten aus wechselnden Materialien abgeschieden werden. „Indem wir mit dieser Technik abwechselnd Schichten aus Nano-Ton und Polymer abscheiden, haben wir hochverstärkte Nanokomposite mit einer konventionellen Struktur und hoher mechanischer Festigkeit und Steifigkeit geschaffen“, sagt Projektforscher Andrew Hamilton. Die Forscher untersuchten auch die Nutzung der mechanischen Beanspruchung als Verarbeitungsparameter, um eine stärkere Abscheidung von dickeren Schichten in Bereichen mit höherer Beanspruchung zu erreichen. „Durch die Anpassung der Dicke, Zusammensetzung und Verarbeitungsparameter der Beschichtungen haben wir maßgeschneiderte Materialien hergestellt, die sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignen, darunter poröse Gerüstmaterialien für die Gewebezüchtung und leichte poröse Strukturen für Luft- und Raumfahrt sowie Transportanwendungen“, sagt Hamilton. Fortschrittliche Materialien, praktische Anwendungen Im Gesundheitswesen werden die von NanoGrow entwickelten porösen Materialien als künstliche Gewebegerüste eingesetzt, mit denen weit ausgebreitete Schäden repariert werden können, die für den natürlichen Heilungsprozess zu groß sind. In unserer Knochenstruktur können solche kritisch großen Schäden etwa durch traumatische Verletzungen oder bei der chirurgischen Resektion von Knochentumoren verursacht werden. In diesen Fällen werden Gerüstmaterialien als Ersatz für den geschädigten Knochen und zur Steuerung des Heilungsprozesses verwendet. „Das Gerüstmaterial muss eine ausreichende Porosität aufweisen, damit die Zellen in das Gerüst wandern können, wo sie sich festsetzen, wachsen und neuen Knochen ablagern. Sie sollten aber auch eine ausreichende mechanische Unterstützung für das heilende Gewebe bieten und so weit wie möglich normale Funktionalität und Aktivität ermöglichen“, sagt Hamilton. „Die hohen mechanischen Eigenschaften der in NanoGrow verwendeten konventionellen Nanokomposite ermöglichen eine Kombination von höherer Porosität und besseren mechanischen Eigenschaften als bei herkömmlichen porösen Gerüstmaterialien.“ Laut Hamilton kann die Kombination aus hoher Porosität und hohen mechanischen Eigenschaften auch die Effizienz bei Anwendungen verbessern, bei denen es auf das Gewicht ankommt, wie z. B. bei Flugzeugen und Raumfahrzeugen. „Hier können durch den Einsatz von Werkstoffen mit vorgegebenen mechanischen Eigenschaften und hoher Porosität – und damit geringerem Gewicht – die Kraftstoffeffizienz und Reichweite verbessert und gleichzeitig der Kraftstoffverbrauch und die CO2-Emissionen gesenkt werden“, sagt er. Weiter auf Wachstumskurs Das Projekt NanoGrow hat erfolgreich neuartige Materialsysteme und Fertigungstechniken eingeführt, die weitere Innovationen anregen können. Obwohl das Projekt nun abgeschlossen ist, sagt Hamilton, dass viele der NanoGrow-Forscher dabei seien, die während des Projekts entwickelten Techniken und Materialsysteme weiterzuentwickeln. „Ich bin stolz darauf, dass die Forscher, die an NanoGrow gearbeitet haben, die Techniken und Ideen aus diesem Projekt weiterhin in Arbeiten einfließen lassen, die sie im Rahmen neuer Forschungsaufgaben durchführen“, fügt er hinzu.
Schlüsselbegriffe
NanoGrow, fortschrittliche Materialien, Nanomaterialien, Nanokomposite, poröse Materialien
