2D-Material überwacht Brückensicherheit

Neues 2D-Material, eingebettet in Keramik.

Grafik: rice.edu, Rouzbeh Shahsavari

Forscher der Rice University haben eine spezielle Keramik entwickelt, deren elektrische Leitfähigkeit sich mit der Belastung ändert. Elastische Kräfte sorgen für eine geringere, dagegen konstanter Druck für eine höhere Leitfähigkeit. Aus dem Material könnten Sensoren gebaut werden, die in tragende Strukturen eingebaut werden, etwa in Gebäuden, Brücken oder Flügeln eines Flugzeugs, um Schäden anzuzeigen.

Graphen und Bornitrid

Das elektrisch aktive Material ist eine 2D-Anordnung von Kohlenstoffatomen und Bor-Nitrid-Molekülen. Von der Form her ähnelt die Anordnung Graphen, dem vermeintlichen Wundermaterial, das aus einer einzigen Lage bienenwabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome besteht. Wird das Material elastisch belastet, passt es sich an, ähnlich wie Gummi, das sich zerstörungsfrei dehnen lässt. Anhaltender Druck dagegen verändert das kristalline Gerüst.

Assistenzprofessor Rouzbeh Shahsavari hatte gemeinsam mit seinem Kollegen Asghar Habibnejad Korayem von der Iran University of Science and Technology zuvor schon herausgefunden, dass hexagonal angeordnete Bornitrid-Moleküle die Eigenschaften von Keramiken verbessern. Fügt man noch Graphen hinzu, wird die Keramik noch härter und hat plötzlich überraschende elektrische Eigenschaften. Das beruht auf der Wechselwirkung zwischen Graphen und Bornitrid. Graphen ist ein elektrischer Leiter, Bornitrid ein Isolator. Durch Belastungen wird das Verhältnis der beiden Materialien verändert. Darauf beruht die unterschiedliche Leitfähigkeit.

Es funktioniert auch in Beton

Um die Keramik herzustellen, haben die Experten die Schlämme, aus der die Keramik gebrannt wird, mit den beiden Zusatzstoffen vermengt. Deren Massenverhältnis lässt sich so steuern, dass das fertige Bauteil auf Belastungen unterschiedlich reagiert. In Gebäuden und Brücken sind die Grundlasten meist höher als in Flügeln von Flugzeugen. "Die Kombination von 2D-Materialien wie Graphen und Bornitrid in Keramiken oder auch in Beton ergibt Eigenschaften, die wir mit den einzelnen Komponenten allein nicht erreichen könnten", sagt Shahsavari.

Quelle: www.pressetext.com/Wolfgang Kempkens