Stoß- und schallabsorbierende Materialien wie Gummiplatten und Schaumstoff sind in der Regel dick, groß und weich. Ein neuartiges Material ist jedoch anders: Es absorbiert Vibrationen und bleibt dabei stark und dünn. Wenn Sie eine Struktur bauen möchten, die sowohl stabil als auch langlebig ist und Vibrationen absorbieren kann, müssen Sie häufig tragende starre Materialien mit weicheren Materialien kombinieren. Eine andere Methode besteht darin, mechanische Stoßdämpfer an der Struktur zu installieren. In beiden Fällen ist das fertige Produkt schwerer, sperriger und teurer als ein Produkt, das nur aus starren Materialien besteht. Hier kommen neue Verbundwerkstoffe ins Spiel.
Das von Ioanna Tsimouri, Andrei Gusev und Walter Caseri am Forschungsinstitut der ETH Zürich entwickelte Material besteht aus ultradünnen Stapeln starrer Materialien, die durch dünnere Schichten elastischer Polymere verbunden sind. Genauer gesagt bestand der erste Prototyp aus einer 0,2 bis 0,3 Millimeter dicken Glasplatte und einer einige hundert Nanometer dicken Schicht aus PDMS-Silikon (Polydimethylsiloxan).
Dieses Verhältnis ist wichtig, da Computermodelle zeigen, dass der Verbundwerkstoff zum Erreichen idealer Eigenschaften zu mindestens 99 Prozent aus hartem Material (nach Volumen) und zu weniger als 1 Prozent aus Polymer bestehen muss. „Wenn die Polymerschicht zu dünn ist, ist die Dämpfungswirkung minimal. Wenn sie zu dick ist, ist das Material nicht steif genug“, sagte Tsimouri, der die Forschung leitete.
Proben dieses Materials überstanden standardmäßige Dreipunkt-Biegefestigkeitstests und zeigten gleichzeitig hervorragende Dämpfungseigenschaften bei Temperaturen von -125 °C (-193 °F).
Bei einer Demonstration der Eigenschaften dieses Verbundmaterials, die im Video unten zu sehen ist, wurden dünne Platten des Materials und Standardglasstücke aus einer Höhe von 25 cm (9,8 Zoll) auf einen Tisch fallen gelassen. Das Glas hüpfte mit einem lauten Klickgeräusch in die Luft, während das Verbundmaterial nicht hüpfte und ein gedämpftes Geräusch erzeugte.
Sobald die Technologie weiterentwickelt wird, könnten Versionen in Bereichen wie Fenstern, Maschinengehäusen, Autoteilen und sogar Komponenten für die Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden. Da darüber hinaus kleine Mengen PDMS beim Schmelzen in Glas zerfallen, können aktuelle Verbundwerkstoffe auf Glasbasis vollständig recycelt werden.
Ein Artikel zu dieser Forschung wurde kürzlich in der Zeitschrift CompositesPartB:Engineering veröffentlicht.