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Hart aber nicht spröde: Zahnschmelz als natürlicher Verbundstoff.
 
Zahnheilkunde 3. Mai 2016

Zahnschmelz mit Vorbildwirkung

Schweizer Wissenschaftler entwickeln extrem robusten Verbundstoff aus weichem Kunststoff und hartem Aluminiumoxid.

Materialforscher an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich gegenüber Abnützung extrem widerstandsfähige Oberflächen herstellen lassen. Die Wissenschafter haben sich dabei Anleihen bei unseren Zähnen genommen.

Zahnschmelz ist das härteste Gewebe des menschlichen Körpers. Diese außergewöhnliche Härte, ohne dabei spröde zu sein, erreicht der Schmelz durch seinen Aufbau aus extrem harten Kristallfasern, umhüllt mit weichen, eiweißreichen Schichten.

Eine Hülle nach diesem Vorbild aus abwechselnd harten und weichen Elementen wäre für die Industrie extrem interessant für alles, was vor Abnutzung geschützt werden muss. Ein Forscherteam um Prof. André Studart von der ETH Zürich arbeitet daher an Verfahren, um solche Verbundstoffe herzustellen. Nun ist ihnen eine bisher unerreichte Kontrolle über die Anordnung der Elemente gelungen.

Weich und hart geschichtet

Wie die Forschenden im Fachjournal „PNAS“ berichten, kombinierten sie Magnetfelder mit elektrischen Feldern, um weichen Kunststoff und harte Aluminiumoxid-Plättchen zu einem extrem robusten Verbundstoff zusammenzufügen. Auf diese Weise konnten sie Position und Orientierung der einzelnen Partikel viel besser kontrollieren als dies mit bisherigen Verfahren möglich war.

„Wir imitieren, was die Natur macht, und können so die mechanischen Eigenschaften eines solchen Verbundstoffs extrem verbessern“, erklärte Studienautor Prof. Ahmet Demirörs. Das so erzeugte Material sei dreimal widerstandsfähiger gegenüber Abnutzung als ein mit herkömmlichen Methoden hergestelltes.

So ließe sich ein robuster Belag zum Beispiel für die Autoindustrie herstellen, der leicht, dünn, kostengünstig und extrem widerstandsfähig sei. Je nachdem, zu welchen Anteilen die weichen Kunststoffpartikel und die harten Aluminiumoxid-Plättchen gemischt werden, kann der Stoff flexibler oder härter werden. Je härter, desto resistenter. „Da Kratzer hinein zu bekommen wäre nicht einfach“, erklärt der Materialforscher.

Originalstudie:

Demirörs A. F., Courty D., Libanon R., Studart A. R., „Periodically microstructured composite films made by electric- and magnetic-directed colloidal assembly“ in PNAS 9/2016 ; doi: 10.1073/pnas.1524736113

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