Architektur en miniature

6. September 2004, 13:50
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Die Physikerin Helga Lichtenegger erforscht die Nanostruktur verschiedener Biomaterialien. In ihrem aktuellen Projekt will sie Bauprinzipien, die in der Natur vorkommen, für die Herstellung neuartiger Keramiken nutzen - Mit Gratis-Abo

Kein Baumeister kann es mit der Natur aufnehmen. Technische Errungenschaften wie die Leichtbauweise oder der Einsatz von Verbundwerkstoffen sind in der Biologie ein alter Hut. Ebenso der Gedanke, durch gezielte Optimierung der Eigenschaften den Materialeinsatz zu minimieren.

„Für die Aufgabe, eine möglichst hohe Säule zu bauen, die sich selbst trägt, ist der Naturstoff Holz optimal ausgerichtet“, weiß Helga Lichtenegger, die bereits im Rahmen ihrer Dissertation die Struktur der Holzzellwand auf Nanometerebene untersuchte. Mit anderen Worten: Ein Baum ist designt als Baum. „Freilich macht sich Holz als Tisch nicht schlecht, aber auf diese Funktion ist das Material nicht bis ins Detail optimiert“, so die Wissenschaftlerin. „Detail“ bedeutet in diesem Fall die spezielle Anordnung der nanometerkleinen Zellulosefibrillen, die der Zellwand ihre besondere Festigkeit verleiht.

Mechanische Qualität vorhersagen

Diese Festigkeit kann sich von Jahresring zu Jahresring ebenso verändern wie etwa zwischen Stamm und Krone. Mit Hilfe einer innovativen Technik, die die Streuung und Brechung von Röntgenstrahlen nutzt, analysierte Lichtenegger die Nanostrukturen verschiedener Holzarten. „Auf diese Art ist es möglich, die mechanische Qualität eines bestimmten Baumteiles vorherzusagen, ohne das Objekt zu beschädigen.“

Außer bei Holz kommt ein derart komplexer Aufbau in der Natur beispielsweise auch in Knochen, Zähnen oder Muschelschalen vor. Nachdem ihr Interesse an Biomaterialien geweckt worden war, folgte die junge Physikerin einem Forschungsauftrag an die University of California in Santa Barbara, wo sie gemeinsam mit Chemikern und Meeresbiologen den Knochenaufbau bestimmter Meeresbewohner erforschte.

Hierarchisch strukturierte Mechanik

Ihre Erkenntnisse nutzt sie nun für die Herstellung hierarchisch strukturierter Keramik. Dazu will die Biophysikerin ihre Keramik als Verbund mit einem Polymermaterial herstellen, um die Bruchfestigkeit weiter zu verbessern. „Die geringe Sprödigkeit – höhere Bruchzähigkeit, wie es in der Fachsprache heißt – ist der Clou der Verbundmaterialien“, so Lichtenegger. Mehr wird über die innovative Keramik, deren Entwicklung durch den Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) unterstützt wird, noch nicht verraten. (hi!tech, Ausgabe 1/2004)

Helga Lichtenegger

• 1989–1995 Studium der Physik, Universität Wien
• 1997–1998 Institut für Materialphysik, Uni Wien
• 1997–2001 Erich Schmid Institut der ÖAW, Leoben
• 2001–2003 University of California, Santa Barbara
• seit 2003 TU Wien

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