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Nanowerkstoffe : Muskeln mit dem besonderen Dreh

Künstlicher Muskel aus versponnenen Nanoröhrchen und Wachs entwickelt ungewöhnliche Kräfte. Bild: Ray Baughman

Die Nanoröhrchen aus Kohlenstoff finden in der Materialforschung immer neue potentielle Anwendungsfelder, obwohl der große Durchbruch noch immer auf sich warten lässt. Vielleicht gelingt das nun mit einer neuen Art von künstlichem Muskel?

          Leistungsfähige Muskelstränge, die deutlich mehr Kraft entfalten können als ihre natürlichen Vorbilder gleicher Größe, haben Forscher von der University of Texas in Dallas hergestellt. Das Material zieht sich sofort zusammen, wenn man es elektrisch oder mit intensiven Blitzlicht erhitzt, und entspannt sich wieder, sobald es abkühlt. Ein einzelner Aktuator ist offenkundig in der Lage, Gegenstände zu heben, die hunderttausendmal so schwer sind wie er selbst, berichten die Wissenschaftler um Ray Baughman in der Zeitschrift „Science“ (Bd. 338, S. 928). Außerdem sind die künstlichen Muskeln äußerst robust sowie über einen großen Temperaturbereich stabil und kommen anders als andere Aktuatoren ohne Elektrolyten aus. Zu verdanken ist das dem speziellen Aufbau. Ein künstlicher Muskelstrang besteht aus miteinander versponnenen Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die mit Paraffin gefüllt wurden.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Das Geheimnis ruht im Wachs

          Das Wachs ist bei Raumtemperatur fest und wird bei Hitze flüssig, wobei sich sein Volumen vergrößert. Dadurch dehnen sich bei Erwärmung auch die gefüllten Nanoröhrchen aus, während sie sich gleichzeitig verkürzen. Das führt dazu, dass sich das Garn weiter verdrillt und als Ganzes verkürzt. Stoppt man die Wärmezufuhr, erstarrt das Wachs, und der Muskel kehrt in seine Ausgangsstellung zurück.

          Spinntechnik auf Nanoart

          Zur Herstellung der künstlichen Muskelstränge haben Baughman und seine Kollegen ein Spinnverfahren genutzt, das sie vor einigen Jahren entwickelten. Zunächst wurden Kohlenstoff-Nanoröhrchen aus der Gasphase auf einer Unterlage abgeschieden, auf der die neun Nanometer dicken und 350 Mikrometer langen zylindrischen Gebilde einen dichten Teppich bildeten. Anschließen wurde die Röhrchen mit Paraffin überzogen, das in deren Inneres sickerte. Mit einem Stift zogen die Forscher dann ein dichtes Bündel aus Nanoröhrchen heraus und befestigen es an einem Motor. Bei zweitausend Umdrehungen pro Sekunde formte sich allmählich ein dünnes Garn. Ähnlich wie beim traditionellen Spinnen ließen sich die Kohlenstofffasern auf verschiedene Art und Weise miteinander verdrillen, so dass man unterschiedlich dicke und elastische Fäden aus mit Wachs gefüllten Kohlenstoffröhrchen erhielt.

          “Aufgrund seiner Eigenschaften sind für unseren Muskel zahlreiche Anwendungen denkbar, etwa für Mikromotoren, Mischer für Mikrofluidsysteme, Mikroventile oder Katheter“, sagt Baughman. Weil sich die Fäden auch verknoten und miteinander verweben lassen, könnte man sie sogar für intelligente Textilien nutzen.

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