Sterk en taai en toch zo licht als een veertje - materialen met deze uitzonderlijke combinatie van eigenschappen zijn dringend nodig in veel industriële sectoren en in de geneeskunde, maar ook van groot belang voor wetenschappelijk onderzoek. Een onderzoeksteam van de Universiteit van Bayreuth heeft nu polymeervezels ontwikkeld met precies deze eigenschappen. Samen met partners in Duitsland, China en Zwitserland, de polymeervezels werden gekarakteriseerd. De wetenschappers hebben hun resultaten gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .

"De vezels die we hebben ontdekt, kunnen gemakkelijk worden geproduceerd met behulp van hightech-processen die al in de industrie zijn ingeburgerd - en op basis van polymeren die wereldwijd gemakkelijk verkrijgbaar zijn. Eén individuele vezel is zo dun als een mensenhaar, weegt minder dan een fruitvlieg, en toch zeer sterk:hij kan een gewicht van 30 gram tillen zonder te scheuren. Dit komt overeen met ongeveer 150, 000 keer het gewicht van een fruitvlieg. Experimenten met de hoge treksterkte van deze vezels hebben bovendien hun extreme taaiheid aangetoond. Dit betekent dat elke individuele vezel veel energie kan opnemen, " legt prof. dr. Andreas Greiner uit, die aan het hoofd staat van de onderzoeksgroep Macromoleculaire Chemie II aan de Universiteit van Bayreuth, en die het onderzoekswerk hebben begeleid. Ook betrokken waren onderzoekers van het Forschungszentrum Jülich, de Martin Luther Universiteit Halle-Wittenberg, het Fraunhofer-instituut voor microstructuur van materialen en systemen (IMWS), de Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, de Jiangxi Normal University, Nanchang, en de ETH Zürich.

Door hun unieke eigenschappen, de polymeervezels zijn bij uitstek geschikt voor technische componenten die worden blootgesteld aan hoge belastingen. Ze maken innovatieve toepassingen mogelijk op een groot aantal verschillende gebieden, bijvoorbeeld in de textielindustrie of medische technologie, in autotechniek, of in de lucht- en ruimtevaartindustrie. In aanvulling, de polymeervezels kunnen gemakkelijk worden gerecycled. "We zijn er zeker van dat onze onderzoeksresultaten de deur hebben geopend naar een nieuwe, toekomstgerichte materiaalklasse. Praktische toepassingen van de industrie kunnen in de nabije toekomst worden verwacht. In de polymeerwetenschap, onze vezels zullen waardevolle diensten kunnen leveren bij het verder onderzoek en de ontwikkeling van hoogwaardige functionele materialen, ’ zegt Greiner.

De chemische basis van deze veelbelovende vezels is polyacrylonitril. Een enkele vezel met een diameter van ongeveer 40, 000 nanometer bestaat uit maximaal 4, 000 ultradunne fibrillen. Deze fibrillen zijn verbonden door kleine hoeveelheden van een additief. Driedimensionale röntgenfoto's laten zien dat de fibrillen in de vezel bijna altijd in dezelfde lengterichting zijn gerangschikt. "We hebben deze multifibrillaire polyacrylonitrilvezels in een laboratorium aan de Universiteit van Bayreuth geprepareerd voor elektrospinning en uitgebreid getest op hun eigenschappen en gedrag. Hun unieke sterkte in combinatie met een hoge mate van taaiheid bleef ons fascineren, " meldt de Bayreuth-polymeerwetenschapper Prof. Dr. Seema Agarwal.

De hoofdauteur van de studie gepubliceerd in Wetenschap is Xiaojian Liao, een doctoraal onderzoeker in de chemie in Bayreuth. "Ik ben erg blij dat ik als onderdeel van mijn proefschrift heb kunnen bijdragen aan dit onderzoekssucces in de materiaalkunde. Het intensieve interdisciplinaire contact tussen chemie, natuurkunde, en materiaalwetenschappen op de Bayreuth-campus heeft de afgelopen jaren een kritische impuls gegeven, ' zegt Liao.