Edelstahl statt Gold

Nanoporöses Gold: Deutlich zu erkennen die schwammartige Struktur.

Das Programm fördert Projekte, bei denen herausragende deutsche und chinesische Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eng kooperieren. Es sieht eine gemeinsame Förderung für einen Zeitraum von drei Jahren vor. Die Helmholtz-Gemeinschaft finanziert das Projekt mit 120.000 Euro pro Jahr aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds. Die Chinesische Akademie der Wissenschaften unterstützt die Projekte mit bis zu 35.000 Euro pro Jahr.

Das Projekt “Nanoporous transition metals for strength and function - towards a cost efficient materials base” wird auf deutscher Seite von dem Physiker Dr. Jürgen Markmann (HZG) und Prof. Jörg Weißmüller (HZG und Technische Universität Hamburg-Harburg, TUHH) betreut. Auf chinesischer Seite ist Prof. Hai-Jun Jin (Shenyang, National Laboratory for Materials Science) federführend beteiligt. Im Raum Hamburg bedeutet das gemeinsame Projekt eine weitere Intensivierung der Kooperation zwischen dem HZG und der TUHH: In Geesthacht und in Harburg werden dank der Förderung zwei neue Doktorandenstellen eingerichtet.

Ziel des neuen Vorhabens ist es, strukturelle und funktionale Aspekte, die bei nanoporösem Gold auftreten, bei anderen metallischen Werkstoffen zu erforschen.

Dr. Jürgen Markmann, Abteilung Hybride Materialsysteme/Helmholtz-CAS Joint Research Groups (HCJRG). Foto: HZG/ Christian Schmid

Gold ist in hoher Reinheit erhältlich und unempfindlich gegenüber den meisten Verunreinigungen. Darum wird es gerne als Modellmaterial benutzt, um die Eigenschaften nanoporöser Strukturen zu untersuchen.

Dazu Dr. Jürgen Markmann: „Jetzt stellt sich die Frage, wie sich die Verfahren zur Strukturbildung und das Oberflächenverhalten auf ökonomisch relevantere Metalle, wie Edelstahl, Aluminium oder Titan übertragen lassen.“

In der Abteilung Hybride Materialsysteme, unter der Leitung von Prof. Jörg Weißmüller, wird seit längerem nanoporöses Gold untersucht. Erst kürzlich haben die Wissenschaftler herausgefunden, dass das Tränken von nanoporösen Gold mit einer Flüssigkeit durch elektrische Veränderung der Oberflächenspannung ein- und ausgeschaltet werden kann. Indem kleine elektrische Steuerungsspannungen an den metallischen Schwamm angelegt werden, kann das Aufsaugen einer Flüssigkeit beschleunigt, verlangsamt oder gestoppt werden.

Andere funktionale Aspekte, wie die Veränderung der Oberflächenspannung durch mechanische Belastung, machen eine Anwendung in der Zukunft als robuste und flächenhafte Sensoren denkbar. Dazu würden die nanoporösen Metallschichten auf Fahrzeuge oder Flugzeuge aufgetragen und könnten durch elektrische Signale Informationen über den Zustand des beschichteten Bauteils liefern. Ob eine solche Technologie in Zukunft tragfähig sein wird, hängt entscheidend von den kostengünstigen Material-Alternativen zum Gold ab.