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Inspiration aus der Natur: Eine Zitrusfrucht weist den Weg f\u00fcr eine neue energieabsorbierende Metallstruktur<\/p> Inspiration aus der Natur: Eine Zitrusfrucht weist den Weg f\u00fcr eine neue energieabsorbierende Metallstruktur<\/p>
Wissenschaftler adaptieren bei der Entwicklung neuer Aluminiummaterialien eine Struktur, die in der Natur vorkommt<\/p>
Die Natur liefert uns Vorlagen f\u00fcr neue Erfindungen. Einen weiteren Beleg daf\u00fcr liefert eine neue Studie, die jetzt online im Fachjournal Journal of Materials Science bei Springer erscheint. Wissenschaftler des Gie\u00dferei-Instituts der RWTH in Aachen und der Plant Biomechanics Group der Universit\u00e4t Freiburg haben einen Aluminium-Hybrid entwickelt, der bei der Optimierung technischer Bauteile und sicherheitstechnischer Materialien helfen k\u00f6nnte. Das Grundprinzip f\u00fcr diese Entwicklung stammt aus einer unerwarteten Quelle \u2013 der Schale der Pomelofrucht (Citrus maxima).<\/p>
Pomelo-Fr\u00fcchte haben ein Gewicht von ein bis zwei Kilogramm, \u00fcberstehen aber einen Fall aus \u00fcber zehn Meter H\u00f6he unbeschadet. Die Schlagfestigkeit der Frucht beruht \u00fcberwiegend auf der hierarchisch aufgebauten Struktur der Schale, die aus einem gradierten, faserverst\u00e4rkten Schaum besteht. Der neue Aluminium-Hybrid beruht auf einem Ansatz aus der Biologie, bei dem Materialien mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften kombiniert werden. Damit werden die in der Natur vorkommenden Strukturen und die St\u00e4rke der Pomelo-Schale nachgeahmt.<\/p>
Um sich die Widerstandskraft der Pomelo bei einem Aufprall zu Nutze zu machen, passten die Wissenschaftler das Blockformgie\u00dfverfahren an und \u00fcbertrugen so die Stegstruktur der Pomelo auf einen Metallhybriden. Dieser Hybrid besteht im Zentrum aus hochz\u00e4hem, reinem Aluminium; die Au\u00dfenh\u00fclle bildet eine h\u00f6herbelastbare Aluminium-Silizium-Legierung.<\/p>
Der Verbundwerkstoff weist eine deutlich h\u00f6here Zugfestigkeit als reines Aluminium auf. Dieser Wert gibt an, wie stark ein Werkstoff maximal belastbar ist, bevor er bricht. Er besitzt zudem eine deutlich h\u00f6here Plastizit\u00e4t als die Aluminium-Silizium-Legierung. Dies bedeutet, dass er wesentlich widerstandsf\u00e4higer gegen dauerhafte Verformung ist. Die neue Werkstoffkombination zeigt damit ein neuartiges Verhalten unter Last. Die Autoren empfehlen den Einsatz bei sicherheitstechnischen Materialien als naheliegende Anwendung f\u00fcr ihren bio-inspirierten Werkstoffverbund.<\/p>
\u201eDie Anforderungen von Entwicklern und Konsumenten an zuk\u00fcnftige Bauteile nimmt stetig zu\u201c, sagt der Erstautor der Studie, Sebastian F. Fischer von der RWTH Aachen. \u201eDer Hauptgrund hierf\u00fcr liegt im Bedarf an energiesparenden, gewichtsoptimierten Produkten, insbesondere in der Automobilindustrie. Diese Anforderungen k\u00f6nnen durch verbesserte Materialeigenschaften oder Werkstoffverbunde erf\u00fcllt werden. Und w\u00e4hrend die Entwicklung neuer Materialien immer schwieriger wird, birgt die Verbindung unterschiedlicher Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften eine Menge Potenzial.\u201c<\/p>
Quelle:
Fischer, S.F. et al (2013). Production and properties of a precision-cast bio-inspired composite. Journal of Materials Science. DOI 10.1007\/s10853-013-7878-4<\/p>
Der Volltext-Artikel ist f\u00fcr Journalisten auf Anfrage verf\u00fcgbar.<\/p>