Polymere und moderne Werkstoffe: Grundlagen und Innovationen

Polymere und moderne Werkstoffe

Polymere: Ein Polymer ist ein Makromolekül aus langen Ketten von Monomeren – einer molekularen Einheit, die sich wiederholt und als Baustein bekannt ist. Diese Art von Struktur ist typisch für organische Verbindungen, die durch das Zusammenfügen von Monomeren entstehen. Diese Verbindungen bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und anderen Radikalen, die dank der Fähigkeit des Kohlenstoffs Bindungen zwischen den Atomen etablieren.

Die Eigenschaften eines Polymers hängen vom Monomer ab sowie von der räumlichen Struktur, die es einnimmt: Dies kann eine lineare Kette, ein Ring oder andere Konfigurationen größerer Komplexität sein. Nach ihrer Herkunft werden sie wie folgt eingestuft:

• Natürliche Polymere: Diese finden sich in der Natur und in Lebewesen. Unter ihnen: Proteine und Zellulose.
• Künstliche Polymere: Diese werden durch chemische Veränderung natürlicher Stoffe gewonnen. Zelluloid war das erste künstliche Polymer. Ebenfalls künstlich sind Zellulosenitrat, Kunstseide und vulkanisierter Kautschuk.
• Synthetische Polymere: Sie sind das Ergebnis von Design und Konstruktion durch den Menschen. Unter ihnen: Nylon, PVC, Polyethylen und Methacrylate.

Innovative neue Werkstoffe

Die Entwicklung der angewandten Chemie sowie der Materialwissenschaften ermöglichte die Erschaffung von neuen Materialien. Dazu gehören:

Nanoröhren und Nanotechnologie

Nanoröhren sind Materialien, die durch Nanotechnologie hergestellt werden. Die Nanotechnologie umfasst die Bereiche von Wissenschaft und Technik, in denen Materialien, Stoffe und Geräte in der winzigen Größe des Nanometerbereichs manipuliert werden.

Silikone

Silikone sind Polymere, bei denen die Ketten nicht aus Kohlenstoff, sondern aus Silizium gebildet werden. Diese Materialien sind sehr flexibel, leicht und biegsam sowie widerstandsfähig gegenüber sehr niedrigen und sehr hohen Temperaturen. Sie sind wasserabweisend und werden von den meisten Chemikalien nicht beeinflusst. Zudem wirken sie wärmeisolierend und besitzen eine ähnliche Widerstandsfähigkeit wie Metalle.

Intelligente Materialien

Diese Materialien können reversibel auf verschiedene äußere physikalische oder chemische Reize reagieren. Die thermochrome Beschichtung, die ihre Farbe je nach Temperatur ändert, ist ein Beispiel für die Verwendung von intelligenten Materialien.

Hybridmaterialien

Hybridmaterialien bestehen aus einem Grundmaterial, der sogenannten Matrix, der bestimmte Arten von Fasern hinzugefügt werden. Die Matrix sorgt für Stabilität und Festigkeit der Verbindung, während die Fasern zusätzliche Eigenschaften verleihen. Wenn die Fasern relativ lang sind, ist es möglich, dass dreidimensionale Strukturen entstehen, die das Material weiter stärken.