Nominiert für die Dieselmedaille 2013 in der Kategorie Nachhaltigste Innovationsleistung (Teil 5)

Prof. Dr. Rainer Adelung, CAU und Prof. Dr.-ing. Karl Schulte , TUHH

„Aerographit“- Nicht nur das leichteste Material der Welt

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und der Technischen Universität Hamburg –Harburg (TUHH) entwickelten gemeinsam das leichteste Material der Welt. Mit 0,2 Milligramm pro Kubikzentimeter ist es 75-mal leichter als Styropor. Das Netzwerk aus porösen Kohlenstoffröhrchen, die dreidimensional auf Nano- und Mikroebene ineinander verwachsen sind, stellten Prof. Dr. Rainer Adelung und Prof. Dr. Karl Schulte in ihrer gemeinsamen Studie vor. Professor Schulte ist an der TUHH Leiter des Instituts für Kunststoffe und Verbundwerkstoffe und forscht auf dem Gebiet der gefüllten Polymere mit Kohlenstoff basierten Nanopartikeln. „Diese Materialien bieten faszinierende neue Möglichkeiten in der Photovoltaik, bei Brennstoffzellen oder bei der Schadensüberwachung von hochbelasteten Bauteilen und neuartigen elektrischen Energiespeichern“, sagt Schulte. Reiner Adelung, der seit 2007 Professor am Institut für Materialwissenschaften an der CAU ist, betont die faszinierende Anwendbarkeit von Nanostrukturen im allgemeinen: „ Wenige metallische Atome können zum Beispiel einerseits als Nanodraht empfindliche Sensoren formen und andererseits in der Medizin wegen ihrer antibakteriellen Wirkung eingesetzt werden.“

Die Entwicklung löste in Wissenschaftskreisen rege Diskussionen aus. Aerographit ist pechschwarz, stabil, elektrisch leitfähig, verformbar und undurchsichtig. Das Material mit seiner geringen Dichte übertrifft in punkto Leichtigkeit den bisherigen Rekordhalter Nickel-Metall um ein Vielfaches. Trotz des niedrigen Gewichts ist Aerographit belastbar, sowohl bei Druck- als auch bei Zugbelastung. „Aerographit lässt sich bis zu 95 Prozent komprimieren und wieder in die ursprüngliche Form auseinanderziehen. Und dabei wird es bis zu einem bestimmten Grad sogar fester, und damit stärker als vorher“, sagt der Kieler Rainer Adelung.

Der Herstellungsprozess wird von beiden Universitäten begleitet. Im ersten Schritt wird an der CAU aus pulverförmigem Zinkoxid ein Templat hergestellt, das dann Mikro- und Nanostrukturen, die sogenannten Tetrapoden, ausbildet. Im nächsten Schritt wird das Material an der TUHH dann von einer nur wenige Atomlagen dicken Graphitschicht ummantelt, wodurch die verwachsene Netzwerkstruktur des Aerographit gebildet wird, und gleichzeitig wird das Templat aufgelöst. „ Die Eigenschaften und Struktur des Aerographit können durch genaue Abstimmung der Prozesse zwischen CAU und TUHH gezielt beeinflusst werden“, so Schulte.

Einsatzmöglichkeiten für das Material sehen die Forscher zum Beispiel bei Lithium-Ionenbatterien für Elektroautos und E-Bikes. Außerdem könnte es dazu genutzt werden, nicht-leitfähige Kunststoffe ohne Gewichtszunahme elektrisch leitfähig zu machen. Die Zahl zusätzlicher Anwendungsmöglichkeiten für das Material ist nur durch die Vorstellungskraft der Wissenschaftler begrenzt. Sowohl der Einsatz in der Luftfahrt- und Satellitenelektronik als auch im Bereich der Atemluft- und Wasserreinigung könnte in der Zukunft realisiert werden.