7 exotische Materialien, mit denen die Zukunft begonnen hat.

Für uns heute alltägliche Stoffe und Materialien mussten auch erst erfunden werden. An so etwas wie Baumwolle, Plastik oder Linoleum war nicht zu denken, als sich unsere Vorfahren noch Tierfelle überwarfen und an unlackierten Holztischen saßen. Aber die Entwicklung neuer Materialien stoppt nicht und so gibt es schon heute Stoffe, von denen die meisten von uns vermutlich noch nie zuvor gehört haben, die aber schon in einigen Jahren möglicherweise aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken sind.

Im Folgenden findest du 7 solcher neuartiger Materialien, von denen man bisher nur in Sciencefictionfilmen zu träumen wagte.

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1.) Aerogel

Bis 2011 hielt Aerogel 15 Einträge im Guinness-Buch der Weltrekorde – so viel wie kein anderes Material auf der Welt. Vor allem ist es dafür bekannt, der Feststoff mit der geringsten Dichte zu sein, weswegen es auch als „gefrorener Rauch“ oder „feste Luft“ bezeichnet wird. So bestehen bis zu 99,98 % seines Volumens aus Poren, also leerem Raum.

Aerogel wird aus Gel hergestellt – zum Beispiel dem Silicagel, das oft neuen Schuhen oder Taschen beiliegt –, indem der flüssige Anteil getrocknet und durch Gas ersetzt wird.

Es ist äußerst hitzebeständig – zum Beispiel ließe sich daraus ein Schutzschild gegen Flammenwerfer machen – und eignet sich dementsprechend hervorragend als Isoliermaterial, beispielsweise in Raum- oder Taucheranzügen oder als transparente Wärmedämmung in Gebäuden. Es wird auch als Bestandteil von Kosmetik- und Haarpflegeprodukten verwendet.

Aerogel!

2.) D3O

Vorrichtungen zum Aufprallschutz wie Helmen oder Knieschützern muss die Gratwanderung gelingen, Schutz zu bieten, ohne jedoch zu schwer oder zu unflexibel zu sein. Das Material mit dem Namen D3O, das 1999 von zwei britischen Wissenschaftlern entwickelt wurde, scheint diesen Spagat zu meistern. D3O besteht aus „intelligenten Molekülen“, die sich unter leichtem Druck frei bewegen, aber erstarren, wenn sie hart getroffen werden.

Zum Beispiel würde ein Ellbogenschoner aus diesem Material jede Bewegung des Arms mitmachen, aber in der augenblicklichen Stellung erstarren, sobald man etwa auf den Asphalt stürzt.

Sportequipment für Winter-, Ball- oder Extremsportler sind mittlerweile genauso erhältlich wie Jacken mit entsprechenden Polsterungen aus D3O an Ellbogen, Schultern oder Rücken für Stuntmen und Polizisten.

3.) Metamaterial

Als Metamaterial bezeichnet man Materialien mit Eigenschaften, die nicht in der Natur vorkommen. Dabei beziehen sie ihre Eigenschaften nicht aus dem Material, aus dem sie hergestellt wurden – Metamaterialien können zum Beispiel aus Metallen oder Plastik bestehen –, sondern aus ihrer künstlich hergestellten, mikroskopisch feinen Struktur.

Je nach Form, Größe oder Anordnung dieser Strukturen können Metamaterialien elektromagnetische Wellen unterschiedlich beeinflussen, indem sie sie beispielsweise blocken, krümmen oder verstärken. Da sich mit Metamaterialien somit auch die Brechung des Lichts manipulieren lässt, sind sie unter anderem für die Tarnkappentechnologie äußerst interessant.

Magic 'metamaterials' storm physics

4.) Kohlenstoffnanoröhre

Hierbei handelt es sich um mikroskopisch kleine Röhren mit einem Durchmesser von 1 bis 50 Nanometern. Ein Nanometer ist ein milliardstel Meter. Einzelne Röhren können bis zu einem halben Meter lang sein. Wie der Name vermuten lässt, bestehen diese Nanoröhren dabei vollständig aus Kohlenstoff. Die Kohlenstoffatome werden wabenartig zu solchen Röhren geformt.

Kohlenstoffnanoröhren werden hauptsächlich zu Industrie- und Forschungszwecken verwendet. So besitzen sie zum Beispiel hervorragende elektrische Leitfähigkeit und sind äußerst stabil. Sie werden in Computern verarbeitet, aber auch in Tarnkappenflugzeugen, um deren Gewicht zu reduzieren.

Außerdem ist es einer amerikanischen Forschergruppe gelungen, mit Hilfe von Nanoröhren das derzeit dunkelste Material der Welt herzustellen, das zum Beispiel zum Bau von Sonnenkollektoren oder der Abschirmung von Funkwellen genutzt werden kann.

Carbon nanotubes

5.) Titanschaum

Der Kunststoff Polyurethan – wie man ihn zum Beispiel von Haushaltsschwämmen, als Matratzenschaum oder Polstermaterial für Möbel und Autositze kennt – wird in einer Lösung aus Titanpuder und Bindemitteln getränkt. Das Metall nimmt dabei die Form des Schaumstoffs an. Lässt man anschließend den Schaumstoff verdampfen, behält das Titan die zuvor angenommene Form bei.

Das Resultat ist ein sowohl stabiles als auch leichtes Material, das sich zum Beispiel dafür eignet, Knochen zu ersetzen. Da das Titan nicht nur die Form, sondern auch die poröse Struktur des Schaumstoffs übernommen hat, kann der Knochen in dem Implantat und darum herum wachsen und dieses so ins Skelett integrieren.

Experimental Hip Implant

6.) Molekularer Superkleber

Wer beim Arbeiten mit Bastelkleber schon mal seine Finger aneinandergeklebt hat, weiß, dass diese sich mit der Zeit sowie etwas Wasser und Seife problemlos wieder lösen lassen. Dies dürfte bei einem Kleber, der Dinge auf molekularer Ebene miteinander verbindet, allerdings nicht mehr so einfach gehen.

Ein Forscherteam der Oxford Universität konstruierte aus einem Protein eines fleischfressenden Streptokokken-Bakteriums, mit welchem es sich an menschliche Zellen bindet, einen molekularen Superkleber. Die Verbindung findet dementsprechend zwischen Proteinen der verschiedenen Objekte statt, trocknet schnell, widersteht u.a. hohen und niedrigen Temperaturen, Säure und ist dermaßen stark, dass bei der Untersuchung die Messgeräte der Wissenschaftler zerbrachen.

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7.) BacillaFilla

Risse im Beton sind mitunter recht aufwändig zu reparieren, weswegen historische Gebäude oder Erdbebenschäden oft nicht instand gesetzt werden. Abhilfe könnte ein gentechnisch verändertes Bakterium verschaffen. In Form von Sporen wird der BacillaFilla getaufte Einzeller in die Spalte gesetzt, wo er sich vermehrt, sobald er mit dem pH-Wert des Betons in Berührung kommt.

Da Einzeller die Zelldichte ihrer Population in Erfahrung bringen können, endet die Zellteilung, sobald die Spalte mit genügend Bakterien ausgefüllt ist. Daraufhin beginnt die Produktion von Calciumcarbonat und einer Art „Bakterienkleber“, die sich mit den Bakterien vermengen und somit einen Stoff bilden, der getrocknet genauso hart ist wie Beton und den Riss von innen her schließt.

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Der praktische Nutzen von BacillaFIlla und D3O erschließt sich natürlich recht schnell. Aber auch bei den anderen Materialien darf man gespannt sein, wann und wie sie – direkt oder indirekt – unseren Alltag bereichern.

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