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Dübendorf, St. Gallen und Thun - Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben einen revolutionären Durchbruch erzielt: Sie haben ein aerogelartiges Material aus Cellulose entwickelt, das mittels 3D-Druck in komplexe Formen gebracht werden kann. Dieses biologisch abbaubare Aerogel verspricht vielfältige Anwendungen, von der Wärmeisolierung in der Mikroelektronik bis hin zu personalisierten medizinischen Implantaten.
Das neuartige Material wurde von einem Team unter der Leitung von Deeptanshu Sivaraman, Wim Malfait und Shanyu Zhao vom Empa-Labor "Building Energy Materials and Components" in Zusammenarbeit mit anderen Laboren der Empa und dem Zentrum für Röntgenanalytik entwickelt. Ausgangspunkt für das Aerogel war Cellulose, das häufigste Biopolymer auf der Erde. Durch die Verwendung von Cellulose-Nanokristallen und -Nanofasern gelang es den Forschenden, eine spezielle "Druckertinte" herzustellen, die für den 3D-Druck geeignet ist.
Die Druckertinte besteht zu rund zwölf Prozent aus Cellulose und zu 88 Prozent aus Wasser. Dies ermöglicht es, komplexe Formen zu drucken, die anschließend zu einem Aerogel gehärtet werden. Dabei wird das Wasser durch Ethanol und schließlich durch Luft ersetzt, wodurch ein ultraleichtes, poröses Material entsteht. Besonders bemerkenswert ist, dass das Aerogel nach dem Trocknen mehrmals rehydriert und getrocknet werden kann, ohne seine Form oder Struktur zu verlieren.
Das gedruckte Aerogel weist eine hohe Porosität auf und eignet sich daher hervorragend als Wärmeisolator. Zusätzlich ist es biokompatibel und kann Medikamente aufnehmen, die dann kontrolliert freigesetzt werden können. Dies eröffnet Möglichkeiten für personalisierte medizinische Implantate oder als Gerüst für Zellwachstum.
Die Forschenden haben festgestellt, dass das gedruckte Aerogel anisotrop ist, d.h. seine Festigkeit und Wärmeleitfähigkeit sind richtungsabhängig. Dies ermöglicht es, gezielt Bauteile herzustellen, die bestimmte Eigenschaften aufweisen sollen.
Die Entwicklung des Bio-Aerogels stellt einen bedeutenden Fortschritt im Bereich der Materialwissenschaften dar und bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen.
Herausgeber: Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt
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