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Smarte Materialien Forscher stellen jahrhundertealtes Geheimnis mit 3D-Druck nach

| Redakteur: Stefan Guggenberger

Forscher der Wageningen Universität haben vor kurzem einen 3D-druckbaren Verbundstoff entwickelt, der den Weg zu einer völlig neuen Welt von druckbaren intelligenten Materialien weisen könnte.

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Aufgrund eines einzigartigen Kompositmaterials verändert der Lycurgusbecher seiner Farbe, je nachdem, von wo er angeleuchtet wird.
Aufgrund eines einzigartigen Kompositmaterials verändert der Lycurgusbecher seiner Farbe, je nachdem, von wo er angeleuchtet wird.
(Bild: britishmuseum)

Mit zunehmenden Verbreitung der additiven Fertigung finden Wissenschaftler bemerkenswerte neue Wege, um das Zukunftsversprechen zu erweitern. Ein aufregendes Projekt begann mit dem spektakulärsten Beispiel der alten Nanotechnologie und einem der ältesten Rätsel der Kunstgeschichte.

Der Lycurgusbecher aus dem Rom des 4. Jahrhunderts ist ein kompliziertes Glasgefäß, dessen Farbe von grün zu rot wechselt, je nachdem, ob es von vorne oder von hinten beleuchtet wird. Diese Eigenschaft, die als Dichroismus bezeichnet wird, ist einzigartig unter den antiken Glaswaren und hat dem Lycurgusbechers einen besonderen Platz in den Schatzkammern der Kirche und in privaten Sammlungen eingebracht, bis er 1862 zum ersten Mal ausgestellt wurde. Erst 1990, als der Becher elektronenmikroskopisch analysiert wurde, wurde sein Geheimnis gelüftet: Nanopartikel aus Silber und Gold wurden dem Glas hinzugefügt, um ein bemerkenswertes neues Komposit zu schaffen.

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Bedruckbares Nanokomposit

Die Glasmacher haben die Wirkung des Bechers in seinem ursprünglichen Medium erfolgreich nachempfunden, doch 2019 hat sich ein Forscherteam unter der Leitung von Vittorio Saggiomo daran gemacht, dies in einem völlig neuen Format zu tun. Im Labor für Bionanotechnologie der Universität Wageningen in den Niederlanden versuchten sie, ein druckbares Nanokomposit zu entwickeln, das die empfindliche Farbbalance des Schöpfers des Lycurgusbechers nachahmt.

Die Wirkung von Silber- und Goldpartikeln

"Wir hatten uns bereits ein Jahr zuvor vom Lycurgusbecher inspirieren lassen", bemerkt Kool, ein Student, der an dem Projekt arbeitet, "als wir ein dichroitisches 3D-druckbares Material erstellt und einige Becher mit einfacheren Designs gedruckt haben. So stolz wir auf diese Errungenschaften auch waren, sie veränderten sich von einem schönen, tiefen Lavendel bei der Lichtdurchlässigkeit zu einem schlammigen Braun bei der Reflexion". Diese früheren Erfolge beruhten auf dem Vorhandensein von Goldnanopartikeln in den für den Druck verwendeten Kompositen. Da der Lycurgus-Becher ein Verhältnis von 2:1 zwischen Silber- und Goldnanopartikeln enthält, war die Herausforderung klar. Aber die Methode war es nicht, da Silber viel reaktiver ist als Gold.

Das Team entwickelte eine neue Methode, um die Reduktion der Silberpartikel zu kontrollieren und diese Reduktion zum richtigen Zeitpunkt zu stoppen, um eine genaue Größe der Nanopartikel zu erhalten. Als ein kleineres Komplement von Goldnanopartikeln hinzugefügt wurde und das resultierende Komposit für den Druck extrudiert wurde, waren die dichroitischen Eigenschaften bemerkenswert nahe an denen des Lycurgusbechers. Alle Einzelheiten der Studie sind in einem Artikel im Beilstein Journal of Nanotechnology veröffentlicht.

Von der Neugierde zur Anwendung

Dichroitische Materialien werden häufig als Filter verwendet, wo sie die Strahlen des weißen Lichts zur Verwendung in LCD-Systemen aufteilen, die Mikroskopie erleichtern und Muster in Hochleistungs-Beleuchtungssystemen erzeugen. Wenn sie wie in Quarz-Halogen-Lampen als Spiegel verwendet werden, ermöglichen sie hohe Beleuchtungsgrade ohne die sonst auftretende Überhitzung. Die vom Saggiomo-Team in Wageningen erreichte Flexibilität und Kontrolle eröffnet den Weg für eine flexiblere und wirtschaftlichere Produktion von dichroitischen Materialien für traditionelle Zwecke und für die Schaffung völlig neuer Materialien mit dichroitischen Eigenschaften.

Referenz: Dichroitisches Gold- und Silber-Nanokomposit bei der Suche nach dem 3D-Druck des Lycurgusbechers. Lars Kool, Floris Dekker, Anton Bunschoten, Glen J. Smales, Brian R. Pauw, Aldrik H. Velders und Vittorio Saggiomo. Beilstein Zeitschrift für Nanotechnologie, 2. Januar 2020.

Dieser Beitrag wurde ursprünglich auf unserem Partnerportal Lab Worldwide veröffentlicht.

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