Lotuseffekt, Klettverschluss, Haifischhaut – Techniker haben der Natur schon vieles abgeschaut. Nun setzt Perlmutt die Reihe der biologischen Vorbilder fort. Die innerste Schicht von Muschelschalen ist nicht nur hübsch anzuschauen, sondern auch besonders bruchfest. Das liegt daran, dass es sich um ein Verbundmaterial handelt, in dem sich das harte Kalkmineral Aragonit und weiche, klebrige Proteinschichten im richtigen Verhältnis zueinander abwechseln. Diesen Aufbau hat nun ein Forscherteam um Zaklina Burghard vom Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart nachgeahmt. Dabei ersetzte es den Aragonit und die Proteine allerdings durch Titandioxid beziehungsweise synthetische Polymere, weil diese Materialien für technische Anwendungen interessanter sind.

Um das optimale Verhältnis der beiden Komponenten zu finden, variierten die Forscher die Dicke der weichen Polymerlage zwischen fünf und zwanzig Nanometern. Die harte Keramikschicht war dagegen durchweg 100 Nanometer hoch. Grundsätzlich brach das Verbundmaterial weniger leicht als reines Titandioxid. Die größte Stabilität erreichte es bei einer Dicke der Polymerschicht von zehn Nanometern. Dann war die Bruchfestigkeit vierfach erhöht. Auch im Perlmutt beträgt das Dickenverhältnis zwischen Aragonit- und Proteinschichten zehn zu eins.

In beiden Fällen erklärt sich die größere Festigkeit des Verbundmaterials dadurch, dass die Keramikkomponente zwar sehr hart, aber auch spröde ist. Deshalb pflanzt sich ein einmal entstandener Riss durch das gesamte Material fort. Die Polymerschicht fängt solche Risse dagegen ab und hindert sie an der Ausbreitung.

Julia Eder