Die Welt der persönlichen Schutzausrüstung stand lange vor einem Dilemma: Je robuster eine Schutzweste ist, desto schwerer und unbequemer wird sie. Forschern der City University of New York (CUNY) ist nun ein Durchbruch gelungen: Sie entwickelten ein Material, das unter normalen Bedingungen leicht und flexibel bleibt, sich aber beim Aufprall blitzschnell verhärtet und so zu einer extrem widerstandsfähigen Barriere wird.
Das innovative Material basiert auf Graphen, dem dünnsten Material der Welt, das aus einer einzigen Schicht Kohlenstoffatomen besteht. Wissenschaftler kombinierten zwei Graphenschichten in einem bestimmten Winkel und schufen Bedingungen, unter denen es bei plötzlicher Belastung, beispielsweise durch ein Geschoss, zu einer sofortigen Strukturveränderung im Inneren des Materials kommt.
Bei einem solchen Aufprall ordnen sich die Kohlenstoffbindungen im Material neu an und bilden kurzzeitig eine diamantähnliche Struktur. Dieser Prozess wird als stoßinduzierte Phasenumwandlung bezeichnet. Er dauert nur Nanosekunden, verleiht dem Material aber im Gefahrenmoment eine unglaubliche Zähigkeit. Sobald die Belastung nachlässt, kehrt das Material in seinen flexiblen Zustand zurück und behält seine Eigenschaften für die weitere Verwendung.
Im Vergleich zu herkömmlichen Schutzwesten aus Kevlar oder Kohlefaser bietet das neue Material den einzigartigen Vorteil, extrem leicht zu sein und gleichzeitig denselben Schutz zu bieten. Dadurch könnten Schutzwesten entwickelt werden, die sich wie normale Kleidung anfühlen und die Bewegungsfreiheit von Soldaten, Rettungskräften oder Polizisten nicht einschränken.
Die potenziellen Anwendungsgebiete des Materials reichen weit über den Verteidigungssektor hinaus. Dank seines geringen Gewichts und seiner Flexibilität könnte es in der Luft- und Raumfahrt einen Durchbruch bedeuten – beispielsweise zum Schutz von Ausrüstung vor Mikrometeoriteneinschlägen oder zur Herstellung ultraleichter, aber extrem robuster Gehäuse. Im zivilen Bereich könnte Graphen-Panzerung in flexibler Elektronik, Smartphones und Wearables Verwendung finden, wo sowohl Festigkeit als auch Elastizität wichtig sind.
Das Material befindet sich derzeit in der Labortestphase. Wissenschaftler arbeiten daran, die Produktion in großem Maßstab und zu erschwinglichen Preisen zu ermöglichen. Im Erfolgsfall stünde der Welt eine Technologie zur Verfügung, die nicht nur die Verteidigungsindustrie, sondern auch das Design von Geräten, die Architektur und den Transport der Zukunft revolutionieren könnte.
