Metamaterialien sind synthetische Materialien, welche durch die Verbindung von verschiedenen mikroskopischen Strukturen außergewöhnliche Eigenschaften aufweisen können. Der Fokus auf die gewünschten Eigenschaften fiel bis jetzt eher auf stärkere und starre Strukturen. Dadurch verliert das Endprodukt natürlich an Flexibilität. Forschende des MIT Instituts haben den Fokus nun stattdessen darauf gelegt, starke sowie zugleich dehnbare Metamaterialien mithilfe des 3D-Drucks zu entwickeln.
Hydrogele waren hier die entscheidenden Auslöser für die Forschung an flexiblen Metamaterialien. Typischerweise haben Hydrogele eine eher weiche und gelee-artige Textur – eine andere Forschungsgruppe des MIT entwickelte jedoch ein Hydrogel, welches sowohl seine weichen Eigenschaften behielt, zur gleichen Zeit jedoch strapazierbar war. Das Hydrogel wurde durch die chemische Verbindung von verschiedenen Polymer Netzwerken hergestellt, z.B. der Kombination einer starren und einer flexiblen Netzwerkstruktur. Dies inspirierte Dr. Carlos Portela, einem Professor des MIT dazu, Netzwerkstrukturen für Metamaterialien zu kombinieren, um neue mikroskopische Architekturen zu erstellen.
Die Struktur des Materials „von weitem“ (Bild: MIT)
Das neue Material besteht aus einer starren und brüchigen Basis aus Plexiglas Polymeren, welche wie ein Gitter aufgebaut ist. Darum konstruierten die Forschenden ein „spaghetti-ähnliches Netzwerk“ aus dem gleichen Basismaterial. Die gesamte Konstruktion ist aus mikroskopischen Streben aufgebaut, welche in ihrer Ausgangsform nicht flexibel sind. Doch durch das einzigartige Weben der Streben durch den 3D-Druck, entsteht eine insgesamt dehnbare Struktur.
Dieses sogenannte „Double Network“ kann auf seine vierfache Größe gestreckt werden, ohne komplett zu zerbrechen. Im Vergleich: ein normaler Polymer zerbricht sofort. Dr. Portela beschreibt das Forschungsergebnis als wegweisend, denn „man kann ein Double Network aus Metall oder Keramik drucken und man erhält die gleichen Vorteile. Das bedeutet, dass man sehr viel mehr Energie aufwenden muss, um die Strukturen zu brechen und sie wären signifikant dehnbarer“. Das Design des Netwerks kann demzufolge auch auf andere Materialien übertragen werden, wie etwa Glas, Keramik oder Metall. Dies funktioniert allein durch die Struktur des Metamaterials – im Fall eines Bruchs wird das Gewicht der Konstruktion nicht auf die Streben, sondern auf die spiralförmigen Strukturen verlagert. Das Gebilde bricht also nicht sofort, sondern kann weiter genutzt werden. Das Team fügte sogar bewusst „Fehler“ und Löcher in das Metamaterial ein, weil es nachweislich die Stabilität der Gesamtstruktur erhöhte.
Anwendungsbeispiele könnten zum Beispiel Stoffe sein, die nicht reißen können, flexible Halbleiter, Elektrochip Umhüllungen, Hilfsstrukturen für die Zucht von Gewebezellen und vieles mehr. Mehr Informationen finden Sie HIER.
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