Polymere Nanoverbundwerkstoffe: Chancen, Risiken und Potenzial zur Verbesserung der mechanischen und physikalischen Eigenschaften

Die Entwicklung neuartiger Werkstoffe unter Verwendung von nanoskaligen Füllstoffpartikeln hat sich zu einer der bedeutendsten Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts entwickelt. Aufgrund ihrer geringen Größe (d< 100 nm), ihrer strukturellen Perfektion und der daraus resultierenden enormen Oberfläche (>1000 m 2 /g) verfügen die Partikel über herausragende mechanische und physikalische Eigenschaften. Die Materialwissenschaft versucht, dieses einzigartige Eigenschaftspotential zu nutzen, um konventionelle Werkstoffe zu neuartigen Hochleistungswerkstoffen weiter zu entwickeln. So lassen sich z. B. die Festigkeit, die Bruchzähigkeit, die Wärmeformbeständigkeit und die elektrische Leitfähigkeit enorm steigern. Dazu ergeben sich bei der Verwendung verschiedener Nanofüllstoffe positive synergetische Effekte. Aus der Vielzahl möglicher Nanopartikel haben die Kohlenstoff‐Nanoröhrchen (Carbon Nanotubes (CNT), die aus graphitischem Kohlenstoff bestehen und bis zu 1 mm lang sein können, eine besondere Bedeutung erlangt. Der E‐Modul ist mit bis zu ca. 1 TPa sehr hoch und die Festigkeiten reichen von 50‐100 GPa. Darüber hinaus ist deren elektrische und thermische Leitfähigkeit hoch, so dass hieraus multi‐funktionelle Nanocomposites mit Sensor‐ und/oder Aktuatoreigenschaften entwickelt werden können. Um das Potential der Nanopartikel als Füllstoffe voll ausschöpfen zu können, müssen die Partikel‐Matrix‐Wechselwirkungen noch systematisch weiter erforscht werden, ebenso mangelt es oftmals noch an den Methoden zur Herstellung und Verarbeitung. Außerdem gibt es noch keine Standards zur Charakterisierung dieser Werkstoffe.