Von Mirko Smiljanic
Die Schale des Seeohres sieht aus wie eine Muschel, zoologisch ist das Weichtier aber eine Schnecke. Sie lebt im Meer - genau: an den Küsten Australiens - und sie ist ziemlich groß: Fünfzehn Zentimeter misst das Gehäuse, an dessen Außenseite Kalkablagerungen und winzige Risse vom Leben im Ozean zeugen. Würde man diese obere Schicht entfernen - und genau das macht die Biophysikerin Dr. Monika Fritz von der Universität Bremen zur Zeit täglich - käme etwas anderes zum Vorschein:
Also, dieses Material, das Sie hier sehen, das in den Regenbogenfarben so herrlich schillert, ist Perlmutt. Perlmutt besteht aus einem Calciumcarbonat, einem Aragonit, das durchsetzt ist von organischen Materialien. Dieses Calciumcarbonat ist ein Mineral, und dieses Mineral macht 97 Prozent der Schale aus und drei Prozent sind organische Materialien.
Auf den ersten Blick ist das nichts Besonderes, erst wer unter dem Mikroskop sich den Schichtaufbau des Perlmutts ansieht, kommt seinem Geheimnis näher: Wie eine Ziegelwand ordnen sich Mineralien und organische Verbindungen an, wobei das Calciumcarbonat die Ziegel sind und die organischen Materialien der Zement. Natürlich in winzigen Ausmaßen: Ein Millimeter dünnes Perlmutt besteht aus 2.000 Schichten. Das besondere ist zudem, dass die Struktur sich außerhalb der Tiere in einem Selbstorganisationsprozess bilden. Monika Fritz:
Das heißt, dass es bestimmte Affinitäten, bestimmte Zugehörigkeiten von organischem Material zu mineralischem Material gibt, also bestimmte Bindungsstellen, die dann eingegangen werden, die selbst in den Molekülen schon stecken und nicht mehr vom Organismus bestimmt werden müssen, die finden sich und fügen sich zusammen ohne dass etwas von außen noch gemacht werden müsste.
Ein Traum eines jeden Verfahrensingenieurs: Zwei relativ simple Materialien werden in einen Topf geschüttet, der Mix ist ein Hightech-Werkstoff der Superklasse. Und die Fähigkeiten von Perlmutt sind in der Tat ungewöhnlich: Es hat eine hohe Festigkeit ohne allzu spröde zu sein, vor allem aber ist es extrem korrosionsresistent: Man muss Perlmutt schon in hochkonzentrierter Lauge kochen, um es aufzulösen. Dieses Material als Keramik synthetisch herzustellen, ist Ziel von Prof. Georg Gratwohl, Leiter des Fachgebietes Keramische Werkstoffe an der Universität Bremen. Für ihn steht der so genannte Risswiderstand im Mittelpunkt. Winzige Risse in Keramik, Stein oder Stahl führen immer wieder zu Katastrophen - der Radreifen des Eschede-Unglückszuges ist da nur ein Beispiel. Wenn in Perlmutt Risse durch zu hohe mechanische Belastungen entstehen, reagiert das Material völlig anders. Die Ziegelwandstruktur führt dazu, dass der Riss... Georg Gratwohl:
...entweder umgelenkt wird, dass er sich zerfranst, dass er in eine Vielzahl von Mikrorissen und in Verschiebungsprozessen dieser Ziegel sich totläuft.
Hightech-Keramik mit genau diesen Eigenschaften müsste also wie Perlmutt aufgebaut sein. Ein kompliziertes Problem für das es heute noch keine Lösung gibt. Trotzdem sehen Wissenschaftler optimistisch in die Zukunft: Immerhin produzieren Weichtiere das Supermaterial außerhalb ihrer Körper - sie brauchen weder hohe Drücke noch hohe Temperaturen. Die VolkswagenStiftung fördert die Arbeit mit 350.000 Euro - nicht zu viel Geld, wenn man bedenkt, wo mögliche neue Werkstoffe eingesetzt werden können. Gratwohl:
Erhöhte mechanische Festigkeit oder besser gesagt Risswiderstand, Korrosionsbeständigkeit, Ästhetik, Hygiene, Selbstreinigung - überall wo diese Prinzipien verwendbar sind, kann man daran denken, diese Kombination dieser Effekte nutzbar zu machen.
Genau genommen also überall!
Die Schale des Seeohres sieht aus wie eine Muschel, zoologisch ist das Weichtier aber eine Schnecke. Sie lebt im Meer - genau: an den Küsten Australiens - und sie ist ziemlich groß: Fünfzehn Zentimeter misst das Gehäuse, an dessen Außenseite Kalkablagerungen und winzige Risse vom Leben im Ozean zeugen. Würde man diese obere Schicht entfernen - und genau das macht die Biophysikerin Dr. Monika Fritz von der Universität Bremen zur Zeit täglich - käme etwas anderes zum Vorschein:
Also, dieses Material, das Sie hier sehen, das in den Regenbogenfarben so herrlich schillert, ist Perlmutt. Perlmutt besteht aus einem Calciumcarbonat, einem Aragonit, das durchsetzt ist von organischen Materialien. Dieses Calciumcarbonat ist ein Mineral, und dieses Mineral macht 97 Prozent der Schale aus und drei Prozent sind organische Materialien.
Auf den ersten Blick ist das nichts Besonderes, erst wer unter dem Mikroskop sich den Schichtaufbau des Perlmutts ansieht, kommt seinem Geheimnis näher: Wie eine Ziegelwand ordnen sich Mineralien und organische Verbindungen an, wobei das Calciumcarbonat die Ziegel sind und die organischen Materialien der Zement. Natürlich in winzigen Ausmaßen: Ein Millimeter dünnes Perlmutt besteht aus 2.000 Schichten. Das besondere ist zudem, dass die Struktur sich außerhalb der Tiere in einem Selbstorganisationsprozess bilden. Monika Fritz:
Das heißt, dass es bestimmte Affinitäten, bestimmte Zugehörigkeiten von organischem Material zu mineralischem Material gibt, also bestimmte Bindungsstellen, die dann eingegangen werden, die selbst in den Molekülen schon stecken und nicht mehr vom Organismus bestimmt werden müssen, die finden sich und fügen sich zusammen ohne dass etwas von außen noch gemacht werden müsste.
Ein Traum eines jeden Verfahrensingenieurs: Zwei relativ simple Materialien werden in einen Topf geschüttet, der Mix ist ein Hightech-Werkstoff der Superklasse. Und die Fähigkeiten von Perlmutt sind in der Tat ungewöhnlich: Es hat eine hohe Festigkeit ohne allzu spröde zu sein, vor allem aber ist es extrem korrosionsresistent: Man muss Perlmutt schon in hochkonzentrierter Lauge kochen, um es aufzulösen. Dieses Material als Keramik synthetisch herzustellen, ist Ziel von Prof. Georg Gratwohl, Leiter des Fachgebietes Keramische Werkstoffe an der Universität Bremen. Für ihn steht der so genannte Risswiderstand im Mittelpunkt. Winzige Risse in Keramik, Stein oder Stahl führen immer wieder zu Katastrophen - der Radreifen des Eschede-Unglückszuges ist da nur ein Beispiel. Wenn in Perlmutt Risse durch zu hohe mechanische Belastungen entstehen, reagiert das Material völlig anders. Die Ziegelwandstruktur führt dazu, dass der Riss... Georg Gratwohl:
...entweder umgelenkt wird, dass er sich zerfranst, dass er in eine Vielzahl von Mikrorissen und in Verschiebungsprozessen dieser Ziegel sich totläuft.
Hightech-Keramik mit genau diesen Eigenschaften müsste also wie Perlmutt aufgebaut sein. Ein kompliziertes Problem für das es heute noch keine Lösung gibt. Trotzdem sehen Wissenschaftler optimistisch in die Zukunft: Immerhin produzieren Weichtiere das Supermaterial außerhalb ihrer Körper - sie brauchen weder hohe Drücke noch hohe Temperaturen. Die VolkswagenStiftung fördert die Arbeit mit 350.000 Euro - nicht zu viel Geld, wenn man bedenkt, wo mögliche neue Werkstoffe eingesetzt werden können. Gratwohl:
Erhöhte mechanische Festigkeit oder besser gesagt Risswiderstand, Korrosionsbeständigkeit, Ästhetik, Hygiene, Selbstreinigung - überall wo diese Prinzipien verwendbar sind, kann man daran denken, diese Kombination dieser Effekte nutzbar zu machen.
Genau genommen also überall!