Biologische Materialien sind üblicherweise sehr genau auf ihre jeweilige Anwendung ausgelegt und haben meist komplexe Mikrostrukturen und damit verbundene Materialeigenschaften. Die Untersuchung solcher Struktur-Eigenschafts-Zusammenhängen ist weltweit Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten.

Zähne zerkleinern Steine

In der Natur müssen die Zähne der Napfschnecke dem Kontakt mit Steinen als Nahrung standhalten; beim Raspeln über Felsoberflächen darf es nicht zum Bruch kommen. Dazu besitzen die Zähne eine besonders hohe Zugfestigkeit von 3,0 - 6,5 Gigapascal (GPa) - das entspricht ungefähr dem ungeheuren Druck, der benötigt wird, um Kohlenstoff zu Diamanten zu pressen.

In den nun veröffentlichten Arbeiten haben international Forschende der Schnecke auf den Zahn gefühlt und festgestellt, dass der mit dem Stein in Kontakt kommende Zahnteil eine Mikrostruktur besitzt, die nicht nur eine ultrahohe Festigkeit mit hoher Steifigkeit aufweist, sondern darüber hinaus auch noch „auxetisch“ ist. Das bedeutet, dass die darin enthaltenden verstärkenden Nanostäbchen sich bei einer Streckung zusätzlich auch quer zur Streckrichtung ausdehnen. Damit gilt der Napfschneckenzahn als ideales natürliches Komposit.

Wuppertaler Uni mit international Forschenden

Neben den Wuppertaler Forschenden aus der Gruppe um Prof. Swantje Bargmann, Lehrstuhl für Computergestützte Modellierung in der Produktentwicklung, waren an dem Projekt weitere Hochschulen und Institute beteiligt: die Sungkyunkwan University (Korea), das Korea Institute of Energy Technology, die Hanyang University (Korea), die Brown University (USA), die Montanuniversität Leoben (Österreich), das Korea Basic Science Institute (Nanyang), die Technological University sowie das Institute of High Performance Computing (Singapur) beteiligt.

Hier gehts zur Veröffentlichung: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add4644

Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Swantje Bargmann
Lehrstuhl für Computergestützte Modellierung in der Produktentwicklung
E-Mail: bargmann[at]uni-wuppertal.de