Aluminium mit Fullerenen ähnlich hart wie Stahl

21.07.2010: Russische Forscher von Siemens Corporate Technology (CT) verwenden besondere Nanopartikel aus Kohlenstoff, um Materialien zu optimieren: Sie versetzen Aluminium mit Fullerenen, das sind Moleküle aus 60 Kohlenstoffatomen in der Form eines Fußballs. Der neue Werkstoff ist etwa dreimal so hart wie herkömmliche Verbundstoffe, wiegt jedoch viel weniger. Mit dem leichten, aber festen Aluminium ließe sich die Leistung von Kompressoren, Turboladern und Motoren steigern.

Die Fullerene aus reinem Kohlenstoff haben hohe mechanische Stabilität bei niedrigem Gewicht. Aluminium und C60 wird in einer Argon-Atmosphäre zu kleinen Körnchen mit einem Durchmesser von wenigen Nanometer oder Millionstel Millimeter zermahlen. Beide Stoffe verbinden sich dann miteinander zu dem neuen Material. Spezielle Mühlen mahlen das Aluminium. Das superfeine Pulver wird zu einem neuen Werkstoff gepresst. Etwa ein Gewichtsprozent der Fullerene reicht bereits aus, um dem Material genug Härte zu geben. Für das harte Aluminium hat Siemens verschiedene Anwendungen im Visier: Turbinen mit leichteren Rotoren können höhere Drehzahlen liefern und Kompressoren oder Motoren effizienter machen. Man könnte supraleitende Kabel damit beschichten, um ihre Stabilität zu verbessern. Dann hielten sie stärkeren Strömen stand und Geräte wie Magnetresonanztomographen würden leistungsfähiger. Weil Fullerene die elektrische Leitfähigkeit des Aluminiums kaum beeinträchtigen, könnte man damit Stromkabel aus Aluminium dünner machen und Material sparen.

In einem weiteren Projekt verbesserten die CT-Forscher sogenannte Thermoelektrika. Diese Materialien erzeugen aus einem Temperaturunterschied eine elektrische Spannung und gewinnen so aus der Abwärme eines Geräts Energie. Mit dem Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials (TISNCM) in Troisk bei Moskau erhöhten sie die Leistungsfähigkeit von Thermoelektrika um 20 Prozent. Die Fullerene hemmen die Wärmeleitfähigkeit und halten so mehr die umzuwandelnde Wärme im Material. Die Forscher erwarten, dass sie aus einer Temperaturdifferenz von 100 Grad mit einer Fläche von 100 Quadratzentimetern rund 50 Watt Energie gewinnen können.