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TU Berlin

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Forschung

Weich wie Pomelos, hart wie Macadamia-Nüsse

Freitag, 22. April 2016

Die Schalen der Früchte inspirieren zur Entwicklung neuer Materialien

Lupe

Das Material, auf das die Werkstoffwissenschaftler Claudia Fleck und Paul Schüler immer wieder Druck ausüben, gibt diesem nach und nimmt dabei effizient die übertragene Energie auf. Es ist aus einer Aluminiumlegierung, extrem leicht und weist eine offenporige Schaumstruktur auf. Dieser sogenannte bio-inspirierte Metallschaum ist der Schale der Zitrusfrucht Pomelo nachempfunden und das Ergebnis eines Forschungsprojektes der TU Berlin, der RWTH Aachen und der Universität Freiburg. Pomelos, diese größten Zitrusfrüchte der Welt, überstehen einen Sturz aus zehn Metern Höhe auf einen Betonboden und absorbieren beim Aufprall bis über 90 Prozent der kinetischen Energie. Ihre zwei bis drei Zentimeter dicke, extrem stoßdämpfende Schale sorgt für dieses Wunder. Wie aber ist es möglich?

„Die hohe und effiziente Energieabsorption der Pomelo-Schale liegt in ihrer inneren Struktur begründet“, sagt Dr.-Ing. Paul Schüler vom TU-Fachgebiet Werkstofftechnik, das von Prof. Dr.-Ing. Claudia Fleck geleitet wird. Zusammen mit den Aachener und Freiburger Kollegen wurde diese Struktur erforscht.

Licht-, rasterelektronenmikroskopische und computertomografische Untersuchungen ergaben: Das Innenleben der Pomelo-Schale ist hochkomplex und hierarchisch strukturiert. Hauptcharakteristikum ist eine offenporige Schaumstruktur. „Das enorme spezifische Energieabsorptionsvermögen der Schale wird ganz offensichtlich durch die Stege der Schaumstruktur erzeugt. Diese sind innen hohl und mit einer Flüssigkeit gefüllt. Beim Aufprall wird die Flüssigkeit von einem Steg in den anderen gedrückt und bewirkt die stoßdämpfende Eigenschaft“, erklärt Paul Schüler.

Diese Zusammenhänge zwischen Struktur und Eigenschaften aufzuzeigen, also zu verstehen, welche Eigenschaft durch welche Struktur begründet wird, ist ein wichtiger Aspekt in dem DFG-Projekt.

Gegenstand der Forschung war auch die Macadamia-Nuss. Die Wissenschaftler interessierten sich für sie, weil sie im wahrsten Sinne des Wortes extrem schwer zu knacken ist. Die Schale ist nahezu resistent gegen Stiche und Schläge. „Die Festigkeit der Macadamia-Schale beruht aber nicht auf der Dicke der Schale, sondern auf ihrer Faserstruktur, die andere Nussschalen nicht aufweisen – so unsere Erkenntnis“, sagt Paul Schüler.

Sybille Nitsche "TU intern" April 2016

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