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Siliziumfasern sind 15-mal stärker als Stahl

16.01.2013

Wissenschaftler des Optoelectronics Research Center haben eine Technologie entwickelt, um Silizium-Nanofasern herzustellen, die 15-mal stärker als Stahl sind. Gleichzeitig können sie sehr lang gemacht werden - theoretisch bis zu Tausenden von Kilometern. Die neue Technologie ist bereits für viele Unternehmen auf der ganzen Welt interessant, vor allem in der Luftfahrt- und Schiffbauindustrie, wo ein Bedarf an leichten und langlebigen Verbundwerkstoffen besteht.

Nanofasern fallen durch ihre extreme Festigkeit auf. Materialeigenschaften auf der Nanoskala unterscheiden sich stark von makroskopischen Proben – einige kristalline Materialien in Form von Nanofasern weisen Zugfestigkeiten von über 10 GPa auf. Bisher ist es gelungen, nur wenige Millimeter lange kristalline Nanofasern herzustellen. Längere Fasern haben viele Defekte, die ihre Festigkeit verringern.

Wissenschaftler des Optoelektronik-Forschungszentrums richteten ihr Augenmerk auf Siliziumdioxid-Nanofasern, deren Festigkeit weniger von einzelnen Defekten abhängt. Tatsächlich handelt es sich um gewöhnliches Fiberglas, das nur auf Nanoebene hergestellt wurde, wodurch es möglich wurde, seine Festigkeit dramatisch zu erhöhen.

Experimente haben gezeigt, dass Siliziumdioxid-Nanofasern 15-mal stärker als hochfester Stahl und 10-mal stärker als gewöhnliche Glasfasern sind. Dadurch soll künftig das Gewicht von Verbundwerkstoffen reduziert werden, während die Festigkeit erhalten bleibt. Interessanterweise werden die neuen Nanofasern erst stärker, wenn der Durchmesser abnimmt. Es sollte auch beachtet werden, dass die Rohstoffe für ihre Herstellung Silizium und Sauerstoff sind, die sehr häufige Elemente der Erdkruste sind. Darüber hinaus können Siliziumdioxid-Nanofasern tonnenweise produziert werden, genau wie herkömmliche optische Fasern, die heute in der Kommunikationstechnologie weit verbreitet sind.

Eine neue Faserart könnte die Zukunft von Verbundwerkstoffen verändern: Nanofasern könnten Flugzeuge, Helikopter, Boote und so weiter stärker und leichter machen.

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Immer häufiger hören wir von einer Zunahme der Menge an Weltraummüll, der unseren Planeten umgibt. Zu diesem Problem tragen jedoch nicht nur aktive Satelliten und Raumfahrzeuge bei, sondern auch Trümmer alter Missionen. Die wachsende Zahl von Satelliten, die von Unternehmen wie SpaceX gestartet werden, schafft nicht nur Chancen für die Entwicklung des Internets, sondern auch ernsthafte Bedrohungen für die Weltraumsicherheit. Experten richten ihre Aufmerksamkeit nun auf die möglichen Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld. Dr. Jonathan McDowell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics betont, dass Unternehmen rasch Satellitenkonstellationen aufbauen und die Zahl der Satelliten im nächsten Jahrzehnt auf 100 ansteigen könnte. Die schnelle Entwicklung dieser kosmischen Satellitenarmadas kann zu einer Kontamination der Plasmaumgebung der Erde mit gefährlichen Trümmern und einer Gefahr für die Stabilität der Magnetosphäre führen. Metallabfälle von gebrauchten Raketen können die Ionosphäre und Magnetosphäre stören. Beide Systeme spielen eine Schlüsselrolle beim Schutz und der Erhaltung der Atmosphäre ... >>

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