Ein chinesisches Forschungsteam der Anhui Agricultural University hat einen mit Bambus verstärkten Verbundstoff entwickelt, der stark und zäh ist. Zugleich soll er elektromagnetische Strahlung absorbieren können.

Zur Herstellung des Verbundwerkstoffs nutzten die Wissenschaftler ein Verfahren namens Pyrolyse. Das geht aus der Studie „Sustainable carbon-based composites with integrated toughening and electromagnetic interference shielding performance enabled by Flash-Joule-heating“ hervor, die in Sustainable Carbon Materials erschienen ist. Bei der Pyrolyse werden organische Verbindungen bei Temperaturen zwischen 150 und mehr als 500 °C unter vollständigem oder weitgehendem Ausschluss von Sauerstoff thermo-chemisch aufgespalten. Konkret erhitzten die Forscher Bambuspulver unter Stickstoffatmosphäre, um daraus Pflanzenkohle herzustellen. Auf die Kohle wandten die Wissenschaftler die Flash-Joule-Erhitzung (auch ohmsche Erhitzung oder Widerstandserhitzung) an. Sie modifizierten dabei die Kohlenstoffstruktur durch einen kurzen elektrischen Energieimpuls.

Die so bearbeiteten Kohlenstoffpartikel behandelten sie mit flüssigem 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTES), um damit die Haftung der Partikel an Kunststoffflächen zu verbessern. Die modifizierte Pflanzenkohle betteten die Wissenschaftler zwischen zwei Schichten aus biologisch abbaubarem Kunststoff ein, die aus Polylactid (PLA) und Polybutylenadipat-co-terephthalat (PBAT) bestehen.

Die Forscher verglichen den Verbundwerkstoff mit einer Kunststoffvariante ohne diesen Schichtaufbau. Die Festigkeit des neuen Verbundstoffes war dabei um 81 Prozent höher, die Zähigkeit stieg um 173 Prozent auf 2,68 Megajoule pro Kubikzentimeter. Das Material ließ sich um 24,7 Prozent mehr dehnen, bevor es zum Bruch kam. Die elektrische Leitfähigkeit beträgt 12,8 Siemens.

Untersuchungen zeigten, dass das Material zudem elektromagnetische Wellen abschirmen kann. Die Abschirmwirkung ergibt sich dabei hauptsächlich aus Absorption. Durchschnittlich seien 36,7 dB im Frequenzbereich von 8,2 bis 12,4 GHz abgeschirmt worden. Davon werden 30,8 dB absorbiert, 5,9 dB reflektiert. Die Forscher erklären das Phänomen damit, dass die elektromagnetischen Wellen dazu gezwungen werden, durch das Kohlenstoffnetzwerk und die Schichtstrukturen des Verbundstoffes längere Wege zurückzulegen. Gehäuse aus diesem Material könnten elektronische Geräte möglicherweise von elektromagnetischen Interferenzen abschirmen.

(olb)