Biomimetische Perlmuttstrukturen
In den Materialwissenschaften und besonders in der Beschichtungstechnologie gerät die gezielte Organisation von weichen und harten Materialien zu Kompositen zunehmend in den Fokus aktueller Forschung. Von herausragendem Interesse ist dabei der bionische Ansatz, welcher die Abstraktion vorhandener biologischer Systeme betrachtet. Vorbild sind dabei Weichtiere, welche die kombinierten Vorteile von weichen und harten Materialien in der Perlmuttstruktur nutzen. Geschichtete Strukturen wie das Perlmutt technisch nachzubilden ist seit langer Zeit Ziel bionischer Forschung. Der große Vorteil des biomimetischen Ansatzes ist die hohe Vielfalt und Verfügbarkeit von Rohstoffen, wohingegen bspw. eine Muschel auf die von der Umgebung zur Verfügung gestellten Rohstoffen beschränkt ist.
In Abstraktion der Arbeiten der Nanostrukturierung von biologischen Partikeln auf makroskopischen Substraten wie Glas, Metall oder Polymeroberflächen, ist es das Ziel dieses Projektes durch Einbringen lamellarer Nanopartikel als Substrat ein Kompositmaterial mit Ziegel-Mörtel-Struktur zu erzeugen. Dabei findet die enzymmoderierte Autophorese an der Grenzfläche lamellaren Partikel/Lösung statt. Durch gezielte Kontrolle der Parameter der Proteinschichten kann die gewünschte Organisation erreicht werden. Aus diesem Material erzeugte, multifunktionale Beschichtungen werden auf mechanische, elektrische sowie optische Eigenschaften untersucht. Biologische Systeme sind derart vielfältig, dass die Möglichkeiten unbegrenzt scheinen.
Das Ergebnis der Organisation zu geschichteten Strukturen kann durch die Präparation von mikroskopischen Querschnitten in das hergestellte Material beobachtet werden. Dabei bedient man sich der „Focussed-Ion-Beam“-Technik, die in unserem Rasterelektronenmikroskop verbaut ist.
Im Zuge der Entwicklung des Leichtbaus mit Hybridsystemen versprechen biologische und biomimetische Systeme enormes Potential. Die kolloidale Strukturvielfalt und die Funktionalität in Proteinen, Polysacchariden, Enzymen oder gar Bakterien bieten ein weites Feld für Anwendungen in allen industriellen Zweigen.