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Reißfestes Materialwunder

Schneckenzähne holen sich den Rekord

In der Natur findet man kein stärkeres Material als die Zähne der Napfschnecke. Sie sind sogar noch fester als Stahl: Ihre Nanostrukturen machen es möglich.
Zähne der Napfschnecken

Das zugfesteste Material der Natur haben doch nicht die Spinnen, sondern die Napfschnecken erfunden. Ihre mikrometergroßen Reibezähne, die sich auf ihrer Zunge (Radula) befinden, sind bis zu sechsmal so reißfest wie Spinnfäden. Das fand ein Forscherteam um Asa Barber von der University of Portsmouth heraus. Würden die Kräfte, die die Schneckenzähne aushalten, auf herkömmlichen Stahl wirken – er würde zerbrechen. Nur von Menschenhand designte Kohlenstoffnanoröhrchen können dieses Naturmaterial noch übertreffen.

Fest, fester, am festesten
Fest, fester, am festesten | Materialien im Vergleich, die sich besonders schwer zerreißen lassen. Neu und nun gleich ganz vorne mit dabei sind die Napfschneckenzähne, die oben in einer Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme zu sehen sind.

Ihre hohe Zugfestigkeit erlangen die Zähne durch den speziellen Aufbau: In Chitin eingebettet befinden sich Nanofasern aus Goethit, einem eisenhaltigen Mineral. Anders als die reißfesten, organischen Spinnenfäden bestehen sie damit sowohl aus einem organischen als auch einem anorganischen Stoff. Vergleichbare Nanostrukturierungen werden auch in anderen Materialien genutzt, um die Widerstandsfähigkeit zu erhöhen – zum Beispiel in Knochen und Muschelschalen.

Napfschnecken brauchen ihre robusten Zähne, um mit ihnen Algen von rauen Felsoberflächen zu raspeln. Ihre Zähne sind dabei ungefähr so hart wie menschlicher Zahnschmelz; wenn auch eben deutlich reißfester. Materialwissenschaftler prüfen die Härte damit, ob ein anderer Körper durch Druck von außen in das Material eindringen kann, während sie bei der Zerreißfestigkeit untersuchen, wie sich das Material unter Zugspannung verhält. Das kann elastisch oder plastisch sein: Elastische Dehnungen bei so genannten spröden Materialien verschwinden ohne die äußeren Kräfte wieder, plastische bei so genannten zähen Stoffen bleiben. Bezogen auf ihre Reaktion auf Zugkräfte sind Schneckenzähne elastisch; sie gehen kaputt, bevor sie bleibend deformiert werden. Bevor sie kaputt gehen, sind aber Rekordspannungen nötig.

7. KW 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 7. KW 2015

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