Das kleinste Fachwerk

Zu erkennen ist das komplexe Gerüst nur unter dem Mikroskop. Es misst gerade mal zehn Mikrometer und setzt sich aus Hunderten von Streben zusammen. Deren Durchmesser beträgt 200 Nanometer; 200-mal feiner als ein Haar. Produziert wurde der Winzling in zwei Arbeitsschritten: Zunächst formte ein spezieller 3D-Drucker die gitterartige Struktur, indem ein Laser einen flüssigen Kunststoff an bestimmten Stellen aushärtete.

Allerdings war das entstandene Fachwerk noch deutlich zu groß – es benötigte eine Schrumpfkur. „Wir erhitzten die Struktur im Vakuum auf 900 Grad“, erzählt Jens Bauer, Ingenieur am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). „Durch diese Pyrolyse dampften Wasserstoff und Sauerstoff aus dem Material aus, das Fachwerk schrumpfte auf ein Fünftel seiner Größe zusammen.“ Zurück blieb ein Gerippe aus purem Kohlenstoff von glasartiger Konsistenz, deutlich stabiler als der ursprüngliche Kunststoff. „Mit dem Pyrolyse-Trick konnten wir zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen“, sagt Bauer. „Wir haben das Fachwerk kleiner und zugleich stabiler gemacht.“

Das Resultat: Die neue Struktur ist ähnlich fest wie Stähle und Keramiken, dabei aber deutlich leichter: Während ein Kubikzentimeter Stahl acht Gramm wiegt, ist es beim Nano-Fachwerk nur ein halbes Gramm. Das könnte das Material langfristig für den Leichtbau interessant machen, etwa den Flugzeugbau. „Dazu müssten wir allerdings deutlich größere Bauteile herstellen können als heute“, sagt Bauer. „Das könnte man erreichen, indem wir unsere Fachwerkstrukturen künftig mit mehreren Lasern gleichzeitig drucken.“

Doch das Nano-Fachwerk zeigt noch andere Eigenschaften: Es ist elektrisch leitfähig, temperaturstabil, optisch aktiv und biokompatibel. Damit könnte es in einigen Jahren als Mikrofilter, optische Tarnklappe oder effektives Kühlaggregat für PC-Prozessoren dienen.

Zur Presseinformation des Karlsruher Instituts für Technologie