Ein elastischer Lufthauch

Neues aus der Forschung

Meldung vom 31.07.2018

Superflexible Aerogele als hocheffiziente Absorber, Wärmeisolatoren und Drucksensoren


180801-0327_medium.jpg
 
Die hauchzarten, hochelastischen Strukturen lassen sich biegen, rollen, verdrehen und in eine gewünschte Form zuschneiden.
Guoqing Zu, Kazuyoshi Kanamori, Ayaka Maeno, Hironori Kaji, Kazuki Nakanishi
Superflexible Multifunctional Polyvinylpolydimethylsiloxane‐Based Aerogels as Efficient Absorbents, Thermal Superinsulators, and Strain Sensors
Angewandte Chemie Volume 130, Issue 31
DOI: https://doi.org/10.1002/ange.201804559


Luftig, luftiger, Aerogel. Hohe Brüchigkeit limitierte bisher allerdings die praktische Anwendung dieser hauchzarten Feststoffe, die fast nur aus luftgefüllten Poren bestehen. Das könnte jetzt anders werden: Japanische Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie extrem elastische Aerogele vor, die sich gut bearbeiten und zudem kostengünstig herstellen lassen. Erfolgsgeheimnis ist eine doppelt quervernetzte organisch-anorganische Netzwerkstruktur mit einstellbarer Quervernetzungsdichte.

Aerogele können aus den verschiedensten Materialien hergestellt werden, allen gemein ist ihre Brüchigkeit, die eine Bearbeitung, wie Schneiden, Bohren oder Fräsen, so gut wie unmöglich macht. Zudem ist der benötigte Trocknungsschritt meist eine kostenintensive Angelegenheit.

Die Wissenschaftler um Kazuki Nakanishe, Kazuyoshi Kanamori und Guoqing Zu von der Universität Kyoto (Japan) stellen jetzt eine neue Klasse von außerordentlich elastischen Aerogelen vor. Sie basiert auf den Monomeren Vinyldimethylmethoxysilan und Vinylmethyldimethoxysilan, die zunächst in einer radikalischen Polymerisation über die Doppelbindungen ihrer Vinylgruppen zu Polymerketten verknüpft werden. Diese tragen Silicium-organische Seitenketten (Silane), die, je nach Monomer-Sorte, eine oder zwei Methoxygruppen (–OCH3) am Siliciumatom aufweisen. Über diese Gruppen kann im folgenden Schritt eine Quervernetzung erfolgen – je nach Monomer an einer oder zwei Stellen der Silan-Seitenkette. In einer Polykondensation entstehen dabei Siloxane als Brücken ( –Si–O–Si– ). Je nachdem, in welchem Verhältnis die beiden Monomere gemischt wurden, ist die entstehende Quervernetzung der Polymere (Polyvinylpolydimethylsiloxan-Polyvinylpolymethylsiloxan-Copolymere) dichter oder weniger dicht. In einer anschließenden kostengünstigen Druck- oder Gefriertrocknung entstehen Aerogele mit maßgeschneiderter Porosität.

Dank ihrer flexiblen Siloxan- und Kohlenwasserstoffketten sind die hauchzarten Strukturen hochelastisch. Sie lassen sich biegen, rollen, verdrehen und in eine gewünschte Form zuschneiden. Die dichter vernetzten Versionen weisen eine sehr hohe Wärmeisolation auf, die gängige Materialien wie Polyurethan-Schaum übertrifft.

Interessant ist zudem die selektive Absorption der Aerogele: Aus einer Hexan-Wasser-Mischung saugen sie selektiv das Hexan auf. Anschließend lässt es sich wie aus einem Schwamm ausdrücken oder verdampfen. Der Vorgang kann wiederholt werden, bis die Mischung vollständig getrennt ist. So könnten Lösungsmittel oder Öle, wie Aceton, Toluol, Mineralöl und Kerosin, abgetrennt werden, wenn sie z.B. bei einem Unfall in ein Gewässer gelangt sind.

Die Forscher stellten außerdem Komposite der Polymere mit elektrisch leitfähigen Graphen-Nanoplättchen her. Unter Druck rücken die Graphen-Plättchen näher zusammen, dies erhöht reversibel die Leitfähigkeit. Mögliche Anwendungen könnten Touchpads elektronischer Geräte und anziehbare Elektronik sein.


Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw


News der letzten 2 Wochen


Meldung vom 12.10.2018 17:11

Materiezustände durch Licht verändern

Physikerinnen und Physikern der Universität Hamburg ist es gelungen, mithilfe von Laserpulsen die Ordnung von ...

Meldung vom 12.10.2018 17:06

Elektronen schwimmen mit dem Strom

Sie schalten einen Schalter und das Licht geht an, weil Strom „fließt“. Die übliche Wahrnehmung ist, das ...

Meldung vom 12.10.2018 17:01

Der Zusammensetzung von Planeten auf der Spur

UZH-Forschende haben statistisch die Zusammensetzung und Struktur von weit entfernten Exoplaneten samt ihrer A ...

Meldung vom 12.10.2018 16:55

Stringtheorie: Ist Dunkle Energie überhaupt erlaubt

Eine neue Vermutung scheint die Stringtheorie aus den Angeln zu heben. Timm Wrase von der TU Wien veröffentli ...

Meldung vom 12.10.2018 16:49

Eine Reise zum Anbeginn der Zeit

Im Rahmen des „Pristine Survey“ sucht und erforscht ein internationales Team die ältesten Sterne unseres ...

Meldung vom 12.10.2018 16:41

Raumsonde Cassini beweist: Wassereis- und silikatreiche Partikel im Ringregen des Saturns

Die europäisch-amerikanische Mission Cassini-Huygens gehört zu den aufregendsten Weltraumflügen zur Erforsc ...

Meldung vom 12.10.2018 16:37

Neue Messungen fordern kosmologische Theorien heraus

Neue Messungen stellen die Astrophysik vor ein Rätsel: Demnach haben sich in der Zeit seit dem Urknall deutli ...

Meldung vom 12.10.2018 16:22

Molekulare Multiwerkzeuge

Die Funktionalisierung von Oberflächen mit verschiedenen physikalischen oder chemischen Eigenschaften ist ein ...

Meldung vom 12.10.2018 16:16

Wenn Centauren die Erde bedrohen

Die Astrophysiker Mattia Galiazzo und Rudolf Dvorak von der Universität Wien untersuchten gemeinsam mit Eliza ...

Meldung vom 03.10.2018 16:31

Erste Experimente an neuem Röntgenlaser enthüllen unbekannte Struktur von Antibiotika-Killer

Eine große internationale Forschergruppe unter DESY-Führung hat die Ergebnisse der ersten wissenschaftlichen ...

Meldung vom 03.10.2018 16:26

Neutronen tasten Magnetfelder im Innern von Proben ab

Ein HZB-Team hat am Forschungsreaktor BER II mit Hilfe einer neu entwickelten Neutronen-Tomographie erstmals d ...

Meldung vom 03.10.2018 16:21

Durchbruch in der Quantenphysik: Reaktion von Quantenfluid auf Fotoanregung gelöster Teilchen

Forscher der TU Graz beschreiben in Nature Communications den Prozess, der innerhalb einer Billionstel Sekunde ...

Meldung vom 03.10.2018 16:16

Das glimmende Universum

Mit dem MUSE-Spektrographen am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) entdeckten Wissensc ...

Meldung vom 03.10.2018 16:11

Studie: Atomare Verunreinigung ähnlich wie bei Edelsteinen dient als Quanten-Informationsspeicher

Für die Farben von Edelsteinen oder die Leistungsfähigkeit moderner Halbleiter sind Verunreinigungen in Mate ...

Meldung vom 03.10.2018 16:07

Maschinelles Lernen hilft, Photonik-Anwendungen zu optimieren

Photonische Nanostrukturen erhöhen nicht nur die Effizienz von Solarzellen, sondern verbessern auch die Wirks ...

Meldung vom 03.10.2018 16:02

Mit dem Rauschen arbeiten

Rauschen ist meistens ein unerwünschtes Phänomen, etwa bei einem aufgenom-menen Gespräch bei Umgebungslärm ...

Meldung vom 03.10.2018 15:48

Besser sehen durch Schall

Eine neue, vielversprechende Mikroskopiemethode wurde an der TU Wien entwickelt – die „Nanomechanische Abs ...

Meldung vom 03.10.2018 15:41

Höchste Taktraten lassen Elektronik kalt

nternationales Physiker-Team kombiniert Lichtwellen-Elektronik mit topologischen Isolatoren

Meldung vom 03.10.2018 15:37

Kupfer-Aluminium-Superatom

Äußerlich sieht der Cluster aus 55 Kupfer- und Aluminiumatomen aus wie ein Kristall, chemisch hat er jedoch ...

Meldung vom 03.10.2018 15:30

Mögliche Heimatsterne für das interstellare Objekt ‘Oumuamua

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Coryn Bailer-Jones vom Max-Planck-Institut für Astronomie hat d ...

Meldung vom 03.10.2018 15:22

Forscher untersuchten Wechselwirkungen in künstlichen Systemen

Wissenschaftler der Universitäten in Leipzig und Princeton haben in Experimenten herausgefunden, wie durch In ...

Meldung vom 03.10.2018 15:18

Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert z ...

Meldung vom 03.10.2018 14:31

Erstmals gemessen: Wie lange dauert ein Quantensprung

Mit Hilfe ausgeklügelter Experimente und Berechnungen der TU Wien ist es erstmals gelungen, die Dauer des ber ...

Meldung vom 03.10.2018 13:56

Kernphysiker stellen Beobachtungen zum quantenchromodynamischen Phasenübergang vor

Dies ist eine gemeinsame Pressemitteilung der Universitäten Münster und Heidelberg sowie des GSI Helmholtzze ...

Meldung vom 03.10.2018 13:40

Was Einstein noch nicht wusste

Er liefert die Grundlage für Solarenergie und globale Kommunikation: der photoelektrische Effekt. Vor über e ...




11.05.2018:
Vorsicht, Glatteis!


Newsletter

Neues aus der Forschung