Hier ist ein neues Material, das sich bei geringem Druck wie eine Flüssigkeit verhalten und sich bei einem Stoß sofort verfestigen kann.
Forscher des Caltech haben eine neue Kategorie von Materialien entwickelt, die "polykatenären architektonischen Materialien" (PAM), die die Grenzen der traditionellen Physik verschieben. Inspiriert von mittelalterlichen Kettenhemden eröffnen diese Strukturen den Weg für innovative Anwendungen.
PAM zeichnen sich durch ihre dreidimensionale Netzwerkstruktur aus, die aus ineinandergreifenden Ringen oder Käfigen besteht. Im Gegensatz zu klassischen Materialien hängt ihr Verhalten nicht von ihrer chemischen Zusammensetzung ab, sondern von ihrer geometrischen Anordnung. Bei geringer Belastung dehnen und verformen sie sich wie Flüssigkeiten. Bei starker Belastung hingegen versteifen sie sich und absorbieren Energie effizient.
Hybride Eigenschaften, inspiriert von der Vergangenheit
PAM sind von Kettenhemden inspiriert, einer mittelalterlichen Rüstung aus miteinander verbundenen Metallringen. Diese Struktur bietet sowohl Flexibilität als auch Widerstandsfähigkeit, eine Kombination, die die Forscher auf ein höheres Niveau gebracht haben. Durch die Verwendung komplexer geometrischer Formen haben sie Materialien geschaffen, die sich dynamisch an ihre Umgebung anpassen können.
PAM kombinieren die Eigenschaften von Festkörpern und Flüssigkeiten. Bei geringer Belastung gleiten ihre Partikel wie in einer Flüssigkeit aneinander vorbei. Bei stärkerem Druck verkeilen sie sich jedoch und bilden eine starre Struktur. Diese Dualität stellt sie in eine eigene Kategorie, zwischen granularen Materialien und kristallinen Festkörpern.
Vielversprechende Tests und vielfältige potenzielle Anwendungen
Die Forscher haben Prototypen von PAM mit Hilfe von 3D-Druckern hergestellt und dabei verschiedene Materialien wie Acrylpolymere und Metalle verwendet. Diese Modelle, etwa so groß wie ein Golfball, wurden Druck-, Torsions- und Schertests unterzogen. Die Ergebnisse bestätigten ihre Fähigkeit, Stöße zu absorbieren und sich an verschiedene Kräfte anzupassen.
Dank ihrer einzigartigen Eigenschaften könnten PAM mehrere Bereiche revolutionieren. Sie könnten in der Herstellung von Schutzausrüstungen wie Helmen oder kugelsicheren Westen oder in stoßabsorbierenden Verpackungen eingesetzt werden. Ihre Flexibilität macht sie auch für die weiche Robotik und biomedizinische Geräte geeignet.
Eine noch laufende Erkundung
Die Forscher erwägen den Einsatz von künstlicher Intelligenz, um das Design von PAM zu optimieren und neue Konfigurationen zu erkunden. Laut Liuchi Li, Mitautor der Studie, "kratzen wir nur an der Oberfläche dessen, was möglich ist". Diese Materialien könnten unseren Ansatz zur Materialgestaltung in den kommenden Jahren grundlegend verändern.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Science