Nanomateriale af en ny klasse

Klassiske materialer som keramik, metaller og polymerer har deres typiske mekaniske egenskaber. De er hårde, blød, stærk, fleksibel eller stiv. Hamborgforskere har nu syntetiseret et materiale, der forener flere forskellige egenskaber, og kunne derved åbne vejen for nye anvendelser inden for medicinsk teknik og fremstilling. Forskerne fra Hamburg University of Technology (TUHH), universitetet i Hamburg, Helmholtz Center Geesthacht og DESY har præsenteret deres nye nanokomposit i tidsskriftet Naturmaterialer . Denne nye klasse af materiale kunne for eksempel være velegnet til udfyldning af tandhuler, eller fremstilling af urkasser. Materialerne, der bruges i applikationer som disse, skal være både hårde og skadetolerante.

Forskerne har udviklet en ny teknik, som giver et materiale, der samtidig er stærkt, hård og stiv. For at opnå dette, forskerne brugte først en standardprocedure, meget brugt, når man arbejder med nanopartikler, hvorved keramiske jernoxidnanopartikler aflejres i et regulært array. Dette gøres ved hjælp af organisk oliesyre, som siver ind i de smalle mellemrum mellem nanopartiklerne og holder dem sammen.

"Selvorganiseringen af ​​disse nanopartikler fører til en udvidet, tæt pakket superkrystal, der minder om atomare krystalgitre, " forklarer en af ​​forfatterne, Axel Dreyer fra TUHH. Den afgørende opdagelse er, at ved efterfølgende at udsætte materialet for moderate varmeniveauer, den resulterende nanokomposit viser en meget stærkere sammenhæng, og dens mekaniske egenskaber er ulig nogen andens.

I den mindste skala, strukturen af ​​det nye materiale ligner strukturen af ​​biologisk hårdt væv, såsom perlemor og tandemalje. Den består af ensartede jernoxidnanopartikler, som er belagt med oliesyre. I tidligere undersøgelser, bindingerne mellem oliesyremolekylerne var meget svage og skyldtes såkaldte Van der Waals' kræfter. Ved at tørre og presse materialet ved en forhøjet temperatur og derefter anvende en kontrolleret termisk behandling, videnskabsmanden har nu formået at skabe en meget stærkere binding mellem oliesyremolekylerne, derved markant forbedre de mekaniske egenskaber af nanokompositten.

Da oliesyre også meget ofte bruges til behandling af andre nanopartikler, denne nye metode kunne potentielt også forbedre de mekaniske egenskaber af rigtig mange andre nanokompositter. Oliesyrens bindingsegenskaber, som fungerer som klæbemiddel, er blevet undersøgt spektroskopisk af personalet på DESY-Nanolab. "Vores målinger viste, at oliesyremolekylerne overlever den termiske behandling og danner yderligere tværbindinger under processen, " rapporterer medforfatter Andreas Stierle, en førende videnskabsmand hos DESY. "Denne vigtige opdagelse kan tjene som grundlag for succesfuld modellering af de mekaniske egenskaber af dette nye materiale."