Durham/Chemnitz – Schutzwesten und Handschuhe für Menschen, die mit scharfen Teilen wie Messern arbeiten, sind künftig aus dem ersten künstlichen Material, das schneidfest ist. Entwickelt hat es ein Forscher-Team unter der Leitung der Durham University http://dur.ac.uk und des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik http://www.iwu.fraunhofer.de . Die Wissenschaftler haben sich an der zähen Haut der Grapefruit und an den sehr harten Schalen von Weichtieren wie Muscheln orientiert.
Alukugeln blocken Klingen
Die Schalen bestehen aus winzigen Plättchen mit einer strukturierten Oberfläche, die ein organisches Material miteinander verbindet, ähnlich wie es Mörtel mit Mauersteinen tut. Die Plättchen bestehen aus Aragonit, einem Calciumcarbonat. Da sie sich überlappen, entsteht eine bruchsichere Verbindung. Im Pendant aus Menschenhand ersetzen winzige Kugeln aus Aluminiumoxid das Aragonit und Aluminiumschaum das Bindemittel.
Die Keramikkügelchen bestehen aus feinen Partikeln, die Schneid- und Bohrwerkzeugen widerstehen. Stefan Szyniszewski, Assistenzprofessor für Angewandte Mechanik an der Durham University, vergleicht deren Wirkung mit Sand in einem Sack, der Pistolenkugeln einfängt, obwohl er ganz locker ist. Das Material ändert bei Krafteinwirkung seine innere Struktur. Die Forscher vergleichen es deshalb mit Proteus, dem Gott der griechischen Mythologie, der ein Meister der Verwandlung war und sich jeder Situation anpassen konnte.
Krafteinwirkung wird reflektiert
Kommt das Material mit einer Schneide in Berührung, reflektiert es die einwirkende Kraft, sodass die Schneide es nicht durchdringen kann. Im Gegenteil: Sie wird eher stumpf, was die Schutzwirkung noch verstärkt. Auch scharfe Wasserstrahlen, wie sie zum Schneiden von harten und spröden Materialien genutzt werden, prallen wirkungslos ab. Sie werden aufgefächert, sodass sie ihre Wucht verlieren. «Wir waren fasziniert von der Erkenntnis, dass die Haut der Grapefruit und die Schale der Weichtiere das Innere zuverlässig schützen», sagt Szyniszewski. (pte/mc/ps)
Durham University
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik
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