Zähne von Napfschnecken könnten einer neuen Studie zufolge das festeste bekannte biologische Material sein. Forscher der University of Portsmouth haben entdeckt, dass Napfschnecken – kleine schneckenähnliche Meereslebewesen mit konischen Schalen – Zähne mit biologischen Strukturen besitzen, die so hart sind, dass sie in der Zukunft für die Konstruktion von Autos, Booten und Flugzeugen nachgebildet werden könnten. Die Studie untersuchte das mechanische Verhalten von Napfschneckenzähnen in kleinen Größenmaßstäben mittels der Rasterkraftmikroskopie, einer Methode, um Materialien bis auf atomare Ebene zu analysieren.
Professor Asa Barber von der School of Engineering an der University of Portsmouth leitete die Studie. „Die Natur ist eine wundervolle Quelle der Inspiration für Strukturen, die ausgezeichnete mechanische Eigenschaften besitzen. All die Dinge, die wir um uns herum beobachten – Bäume, die Schalen von Meereslebewesen und die in dieser Studie untersuchten Napfschneckenzähne – haben sich entwickelt, um effektiv zu sein in dem, was sie tun. Bis jetzt dachten wir, dass Spinnenseide das stärkste biologische Material ist, ausgehend von ihrer Superstärke und den potenziellen Anwendungen in allen Bereichen – von kugelsicheren Westen bis zur Computerelektronik. Aber jetzt haben wir entdeckt, dass Napfschneckenzähne möglicherweise eine höhere Festigkeit aufweisen“, sagte Barber.
Professor Barber stellte fest, dass die Zähne ein hartes Mineral namens Goethit enthalten, das sich in der Napfschnecke bildet, während sie wächst. „Napfschnecken brauchen sehr feste Zähne, um während der Flut Gesteinsoberflächen abzuraspeln und Algen für ihre Ernährung zu entfernen. Wir haben herausgefunden, dass die Goethitfasern genau die richtige Größe haben, um eine robuste Kompositstruktur zu bilden“, sagte er.
„Diese Entdeckung bedeutet, dass die Faserstrukturen in Napfschneckenzähnen nachgebildet und in leistungsfähigen, technischen Anwendungen wie Formel-1-Rennwagen, Bootshüllen und Flugzeugstrukturen verwendet werden könnten. Ingenieure sind immer daran interessiert, diese Strukturen stärker zu machen, um ihre Leistungsfähigkeit zu verbessern, oder sie leichter zu machen, um weniger Material zu verbauen“, ergänzte er.
Im Rahmen der Forschungsarbeit wurde auch entdeckt, dass die Napfschneckenzähne die gleiche Festigkeit besitzen, unabhängig von ihrer Größe. „Normalerweise hat eine große Struktur viele Fehler und kann leichter brechen als eine kleinere Struktur, die weniger Fehler offenbart und widerstandsfähiger ist. Das Problem ist, dass die meisten Strukturen recht groß sein müssen, weshalb sie schwächer sind, als wir gern hätten. Napfschneckenzähne brechen diese Regel, weil ihre Festigkeit gleich ist, egal wie groß sie sind“, erläuterte Barber.
Das von Professor Barber getestete Material war fast 100 Mal dünner als der Durchmesser eines menschlichen Haares. Die Techniken zur Untersuchung einer solchen Probe wurden erst kürzlich entwickelt. „Die Prüfmethoden waren wichtig, weil wir den Napfschneckenzahn brechen mussten. Der ganze Zahn ist etwas weniger als einen Millimeter lang, aber er ist gekrümmt, daher hängt die Festigkeit von der Form und von dem Material ab. Wir wollten nur die Festigkeit des Materials erfassen, deshalb mussten wir ein kleineres Volumen aus der gekrümmten Zahnstruktur herausschneiden“, sagte er.
Effektive Konstruktionen in der Natur zu finden und dann basierend darauf Strukturen zu entwerfen, wird als „Bioinspiration“ bezeichnet. „Die Biologie ist eine großartige Quelle der Inspiration für die Entwicklung neuer Strukturen, aber bei so vielen biologischen Strukturen, die in Betracht kommen, kann es geraume Zeit dauern, um zu entdecken, welche davon hilfreich sein könnten“, erklärte Barber. Die Forschungsarbeit wurde am 18. Februar 2015 in Interface veröffentlicht, einem Journal der Royal Society.
Quelle: http://www.port.ac.uk/uopnews/2015/02/18/scientists-find-strongest-natural-material/
(THK)
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