Enorm stabil

Zähne von Napfschnecken sind das stärkste Material der Natur

Enorm stabil: Zähne von Napfschnecken sind das stärkste Material der Natur

Die winzigen Zähne der Napfschnecke sind das bisher härteste bekannte biologische Material. Die Härte und die Stabilität der kleinen Beißerchen sind mit künstlich hergestellten Karbonfasern vergleichbar.

Portsmouth (England). Napfschnecken (lat. Patella vulgata ) gehören mit ihrem napfförmigen Haus, welcher den gesamten Körper überdeckt, nicht gerade zu den aufregendsten Tieren im Meer. Sie verbringen ihr Leben damit, sich an Felsen im Brandungsbereich festzusaugen und gemächlich Algen Steinen oder Holz abzuweiden. Dazu nutzt sie ihre Zunge, die mit ganz feinen, knapp einen Millimeter großen, Zähnen besetzt ist.

Die Zähne halten einem Druck von 1,2 Millionen Atmosphären stand

Asa Barber und seine Kollegen von der University of Portsmouth haben die kleinen Zähne der Napfschnecke genauer untersucht und erstaunliches herausgefunden. In Experimenten untersuchten die Wissenschaftler, welchen Kräften die Zähne standhalten können. Dazu schnitten sie einen Zahn in dünne Scheiben – hundertfach dünner als ein menschliches Haar. Mit Hilfe eines Rasterkraftmikroskops maßen die Wissenschaftler anschließend die Stabilität in seitlicher wie auch in Längsrichtung.

Die Ergebnisse überraschten Barber: „Bisher dachten wir, dass die Spinnenseide das stärkste biologische Material ist, aber jetzt haben wir entdeckt, dass die Zähne der Napfschnecken eine noch höhere potenzielle Kraft entfalten. Die Zähne sind das bisher stärkste bekannte biologische Material und das einzige, das mit den stärksten künstlich hergestellten Karbonfasern vergleichbar ist.“ Die Experimente zeigten, dass die Zähne Kräften von 120 Gigapascal standhielten – dies entspricht dem 1,2 Millionenfachen Druck der Atmosphäre.

Eine organische Matrix und Nanokristalle sorgen für die enorme Festigkeit

Der Grund für die extrem hohe Festigkeit der Zähne liegt nicht nur an dem Material, sondern auch an deren Anordnung. Sie bestehen aus einer organischen Matrix, in die Nanokristalle aus Geothit eingebettet sind – einem eisenhaltigen Mineral. "Wir haben entdeckt, dass die Geothit-Fasern genau die passende Größe besitzen, um das Verbundmaterial so widerstandsfähig zu machen", erläutert Barber.

Die Napfschnecken-Zähne sorgen aber noch für eine weitere Überraschung: Die Festigkeit ist absolut gleichbleibend. "Normalerweise hat eine größere Struktur mehr Fehlstellen und bricht daher schneller als eine kleinere Struktur. Die Napfschnecken brechen diese Regel, denn ihre Zähne bleiben gleich stabil, egal wie groß die Materialprobe ist“ so Barber.

Eine große Entdeckung für Materialforscher

Barber und seine Kollegen sind sich sicher, dass die Zahnstruktur in Zukunft Vorbild für neue künstliche Materialien sein werden. „Das Material könnte man in den Karosserien von Sportwagen, Bootsrümpfen oder Flugzeugteilen nutzen. Ingenieure sind immer daran interessiert, etwas zu finden, dass diese Bauteile stabiler und gleichzeitig leichter macht“, so Barber. Die Natur war schon oft das Vorbild für neue Materialien mit besonderen Eigenschaften.

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