Stärker und leichter als Stahl - Das "Buckypaper" als Baustoff der Zukunft

Nach Angaben von Wissenschaftlern der Florida State University konnten nun Forschungen am sogenannten "Buckypaper" erfolgreich weiter geführt werden. Demnach könnten bald Autos, Flugzeuge oder auch PCs aus diesem Baustoff bestehen.

Geht’s nicht noch etwas leichter und stabiler? Was zunächst wie ein absurder Wunsch klingt, könnte mit dem sogenannten Buckypaper Wirklichkeit werden. Dabei handelt es sich um ein Vlies aus Kohlenstoff-Nanoröhren, dass ähnlich wie Papier hergestellt wird: Mit einem feinen Sieb filtert man das Material aus einer Flüssigkeit, welche die Röhren enthält.

Dieses Nanopapier besitzt geradezu unglaubliche Eigenschaften: Es ist zehnmal leichter als Stahl und zugleich 500-mal stabiler, wenn es in mehreren Lagen übereinander gelegt und zusammengepresst wird. Das Material leitet zudem Strom und Wärme ähnlich gut wie ein Metall.

"Deshalb betrachten viele Nanotechnik-Experten das Ganze als eine Art Heiligen Gral", sagt Wade Adams von der Rice University. Die Idee, aus Nanopapier Autos, Computergehäuse und Flugzeuge zu bauen, existiert schon seit Jahren. Forscher der Florida State University berichten nun aber über Fortschritte, mit deren Hilfe die Vision schon bald Realität werden könnte.

Bislang hat das Buckypaper nur einen Bruchteil seiner theoretisch möglichen Stabilität erreicht. Die Herstellung ist teuer und nur in kleinen Mengen möglich. Die Wissenschaftler aus Florida entwickeln derzeit Produktionstechniken, die das Material schon bald in Konkurrenz zu den besten derzeit verfügbaren Verbundwerkstoffen treten lassen soll.

Zufallsfund im Labor

Der Name Buckypaper geht auf eine Entdeckung aus dem Jahr 1985 zurück. Der britische Forscher Harry Kroto erzeugte in einem Experiment an der Rice University in den USA Bedingungen, wie sie in Sternen vorherrschen. Er wollte klären, wie Kohlenstoff, ein Grundbaustein allen Lebens, in Sternen entsteht.

Bei dem Experiment kam etwas heraus, mit dem Kroto nicht gerechnet hatte: ein Molekül aus 60 Kohlenstoffatomen, das einem Fußball ähnelte. Es erinnerte Kroto an jene geodätischen Kuppeln, die der Architekt Richard Buckminster Fuller entworfen hatte. Das inspirierte Kroto, das neue Molekül Buckminster-Fulleren zu nennen, oder kurz Buckyball.

 

1996 bekam Kroto, der inzwischen an der Florida State University forscht, für die Entdeckung der Buckyballs gemeinsam mit zwei Kollegen den Chemie-Nobelpreis. Aus Kohlenstoffatomen lassen sich allerdings nicht nur Bälle, sondern auch Röhren herstellen - die Nanoröhren, aus denen auch das Buckypaper besteht.

Das Geheimnis der Stärke des Nanopapiers besteht in der großen Oberfläche jeder einzelnen Nanoröhre, sagt Ben Wang, Direktor des High Performance Materials Institute der Florida State University. "Nimmt man ein Gramm Nanoröhren und wickelt jede dieser Röhren zu einem Blatt auseinander, könnte man zwei Drittel eines Fußballplatzes damit bedecken."

Eine der Herausforderungen beim Buckypaper ist, dass die Röhren zusammenklumpen, was die Stabilität mindert. Wang und seine Kollegen nutzen deshalb starke Magnetfelder, damit sich die Röhren ein eine Richtung orientieren. Auf dieses Weise ist es den Forschern gelungen, eine Festigkeit zu erreichen, die der Hälfte des besten verfügbaren Verbundwerkstoffs IM7 entspricht. "Bis Ende nächsten Jahres haben wir ein Buckypaper, das genauso stabil ist wie IM7, aber 35 Prozent leichter", verspricht Wang.

 

Die Einsatzmöglichkeiten des Materials sind nach Angaben der Forscher vielfältig: Kurzfristig ließen sich daraus Elektroden für Brennstoffzellen und Superkondensatoren und Batterien herstellen. Langfristig seien auch Auto-Karosserien, Flugzeuge und sogar militärische Panzerungen denkbar.