© Lahnsteiner M./Unterlass M. /CeMM

Wissen

Wie Forscher aus einfachen Stoffen ein Mikronetzwerkmaterial bauen

Ein Team um Forschern gelang es, organische Kunststoffe ohne giftige Inhaltsstoffe zu entwickeln.

von Ute Br√ľhl

09/07/2021, 04:43 PM

Organische Materialien, die nur h√§ufige Elemente wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff oder Sauerstoff enthalten. Daran arbeiten derzeit Miriam Unterlass, die an der Universit√§t Konstanz (Deutschland) und am Forschungszentrum f√ľr Molekulare Medizin (CeMM) der √Ėsterreichischen Akademie der Wissenschaften (√ĖAW) in Wien t√§tig ist.

Allerdings werden bisher zur Produktion solcher organischer Kunststoffe oft giftige Stoffe verwendet. Die Chemikerin setzt bei ihrer Herangehensweise anstatt auf toxische Lösungsmittel auf zwischen 180 und 250 Grad Celsius erhitztes Wasser und hohen Druck.

Hohe Stabilität

Nach diesem Grundprinzip stellte das Team bereits ein Kunststoffmaterial mit hoher Stabilität (Polyimid) vor. 2020 beschrieb man im Fachblatt "Angewandte Chemie" die Herstellung spezieller Hochleistungs-Polymere auf diesem Weg. Nun geht es um nochmals komplexere Materialien, erklärte Unterlass im Gespräch mit der Nachrichtenagentur APA.

Wie ein Schwamm

Das jetzt ins Visier genommene Material k√∂nne man sich vorstellen wie dreidimensionale Fischernetze oder "Schw√§mme". Als Ausgangsstoff fungieren Molek√ľle, die nur aus Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff und Kohlenstoff bestehen. Diese verbinden sich dann unter den Extrembedingungen. Je nach Hitze und Druck tun sie dies auf etwas unterschiedliche Art und Weise.

In hunderten Experimenten variierten die Wissenschafter um Unterlass und Marianne Lahnsteiner die Bedingungen systematisch und gingen danach mit der Forschungsgruppe des Netzwerkwissenschafters J√∂rg Menche von der Universit√§t Wien und vom CeMM mit Hilfe von K√ľnstlicher Intelligenz-Methoden (KI) daran, die jeweiligen Materialien zu analysieren. Auf Basis der Experimente und der Analysen "k√∂nnen wir jetzt total gut steuern", welche Netzwerkstrukturen unter welchen Voraussetzungen entstehen, sagte Unterlass, die ihre Arbeit in einer aufstrebenden Forschern (Emerging Investigators) gewidmeten Sonderausgabe des Fachjournals vorstellte.

Zum Filtern oder Sieben

Die neuen Materialien bestechen durch Hohlr√§ume und eignen sich daher gut zum Filtern oder Sieben. Da die Hohlr√§ume tats√§chlich winzig sind und sich in der Gr√∂√üenordnung von kleinen Molek√ľlen bewegen, lie√üen sich letztere auch durch die Poren, die als "lange Kan√§le" verstanden werden k√∂nnen, leiten, erkl√§rte die Forscherin. Aktuell teste das Team ihren Einsatz als Materialien f√ľr Batterien. Die Idee ist, hier elektrische Spannung anzulegen und damit Lithium-Ionen oder Elektrolyte gezielt durch das Material zu lotsen.

Erstaunlich stabil

Neben der Tatsache, dass das Herstellungsverfahren ohne giftige Zusatzstoffe auskommt und sich damit in der Herstellung von por√∂sen Materialen rund 25 Prozent der Kosten einsparen lie√üe, sei das Ergebnis auch erstaunlich stabil. Immerhin bis √ľber 500 Grad Celsius halten die Hochleistungsstrukturen n√§mlich aus, so die Wissenschafterin, die die Arbeit zu den por√∂sen Strukturen am CeMM in Wien durchf√ľhrt.

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