Clausthal - Eine spezielle Materialarchitektur aus sich verzahnenden Tetraedern stellen deutsche, australische und russische Wissenschaftler in der neuen Ausgabe der Fachzeitschrift "Scripta Materialia" vor. Die Eigenschaften einer solchen Struktur ergeben sich allein aus der räumlichen Anordnung der Elemente. Damit könnte etwa auf dem Mond ein Bauwerk konstruiert werden, das dem Einschlag großer Meteoriten standhält. Den Wissenschaftlern gelang es, dreidimensionale Strukturen zu finden, bei denen es keine so genannten "Schlüsselelemente" gibt, d.h. jeder Baustein ist durch seine Nachbarschaft arretiert. In der Ebene entstehen solche Schlüsselelemente, wenn eine Fläche durch gerade Linien geteilt wird. Werden die Schlüsselelemente festgehalten, sorgen sie dafür, dass kein Element in der Ebene mehr verschoben werden kann. Im Bauwesen ist das Prinzip sich selbst verzahnender Strukturen zwar bereits bekannt – auch in der dritten Dimension. Allerdings erzeugt der so genannte "Schlüsselbart" gefährliche Spannungsspitzen. Er stellt damit einen kritischen, bruchgefährdeten Bereich dar. Die Wissenschaftler haben nun jedoch eine Topologie gefunden, in der sich die Elemente selbst wechselseitig tragen, frei von Spannungsspitzen. Lediglich in Randbereichen ist ein Ausbrechen möglich. Daher umschlossen die Wissenschaftler die aus Tetraedern zusammengesetzte Struktur von einem festen Stahlrahmen. Anschließend erprobten sie eine aus 100 Tetraedern bestehende Struktur an einer Aluminium-Legierung: Sie drückten mit einem Stempel auf die in den Stahlrahmen eingespannte "Matte" aus verzahnten Tetraedern und erhöhten kontinuierlich die ausgeübte Kraft. Dabei entdeckten sie, dass mit der Erhöhung des Pressdrucks auch der Widerstand des Bauteils gegen die Verformung immer größer wurde. Gelingt es, die pyramidenförmigen Bausteine sehr klein zu fertigen und in der gewünschten Weise zusammenzusetzen, könnten nach den Vorstellungen der Wissenschaftler ganz neue und viel versprechende Werkstoffpaarungen ermöglicht werden. Diese könnten vor allem beim Schallschutz oder zur Wärmedämmung Verwendung finden. Von seinem Prinzip her ist das Konzept sowohl im makroskopischen Bereich – etwa im Bauwesen – als auch im mikroskopischen Sektor – beispielsweise beim Design neuartiger Verbundwerkstoffe – anwendbar.(pte)