Uni Kassel: Suche nach Molekül-Architekturen für neue Materialien

Leiter des neuen Fachgebietes Chemische Hybridmaterialien: Professor Rudolf Pietschnig an einem Modell. Foto: Dilling

Kassel. Kunststoffe, die unter Hitzeeinwirkung nicht schmelzen und verkohlen, sondern eine keramische Schutzschicht bilden. Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen wie Zellulose, die durch Beschichtung maßgeschneiderte Eigenschaften aufweisen. Im Labor erdachte Molekülketten, die Nervenrezeptoren blocken und so die bisher unheilbare Parkinson-Krankheit in Schach halten:

Beim wissenschaftlichen Wettlauf um die Erfindung von Molekül-Architekturen für neue Materialien ist das neue Fachgebiet Chemische Hybridmaterialien der Universität Kassel ganz vorn dabei.

Einen Schlüssel für solche Beschichtungen, die Materialien neue und zusätzliche Eigenschaften verleihen, sieht der im Herbst 2011 zum Leiter des Fachgebiets berufene Professor Dr. Rudolf Pietschnig in den sogenannten Silanolen. Das sind alkoholartige Substanzen auf der Basis von Silizium. Pietschnig und sein Forscherteam bauen in einer Flüssigkeit diese Silanole, die beispielsweise auch für die Silikonherstellung bedeutsam sind, zu winzigen, aus Molekülketten gebildeten Käfigen zusammen, die nur etwa ein Fünfzigtausendstel der Dicke des menschlichen Haares aufweisen (ein Nanometer).

Schutzschild gegen Hitze

Diese Käfige können rundum geschlossen sein oder auch auf molekularer Ebene mit einem Loch versehen werden. Wie Pietschnig erklärt, lässt sich dieser Eingang durch Wasserstoffbrückenbindungen öffnen und schließen. Dadurch könne man kleine Moleküle und sogar einzelne Atome in den Hohlraum der so genannten „POSS-Käfige“ einschließen und gewissermaßen wie in einem Trojanischen Pferd einschleusen. Die völlig geschlossenen Käfige sind dagegen luftleer und deshalb gute Isolatoren. Eine Beschichtung mit solchen Käfigen sei nicht nur in der Lage, einen Schutzschild gegen Hitze zu bilden, sondern verändere auch deren elektrische Eigenschaften, sagt der Wissenschaftler.

Pietschnig und sein Team gehen bereits einen Schritt weiter. Sie bauen auf chemischem Wege Hohlräume zu komplexen, porösen Netzwerken zusammen. Diese Strukturen sind in der Lage, in ihren Hohlräumen energiereiche Gase wie Wasserstoff oder Methan zu speichern, ein Effekt von womöglich großer wirtschaftlicher Bedeutung. Denn Versuche hätten gezeigt, dass Behälter, die diese neuen Speicher enthalten, bei gleichem Druck ein Vielfaches mehr an Gas aufnehmen können als klassische Druckgasflaschen, sagt Pietschnig.

Von Peter Dilling

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