Nano: Verblüffende Fließeigenschaften

In Western oder Abenteuerfilmen gerät der Held unvermutet in ein Loch mit Treibsand. In letzter Sekunde wird er unter extremer Kraftanstrengung von einem Retter wieder herausgezogen. Physiker wissen: Für die Rettungsaktion ist so viel Kraft erforderlich, weil kleine Teilchen in Flüssigkeiten besondere Fließeigenschaften besitzen können. Insbesondere dann, wenn sie nicht kugelig, sondern uneben geformt sind.

Spachtel mit gelber Farbe vor weißer Wand
Die Farbe tropft nicht mehr von der Wand - hier hilft nano als Thixothrope Dispersion (Foto: creativ collection)

Dieser Effekt lässt sich auch mit unregelmäßig geformten Nanopartikeln (größer als 50 nm) aus Polystyrol beobachten. Verteilt (dispergiert) man sie in entsprechender Konzentration fein in einer Flüssigkeit, ergibt sich eine zähflüssige Masse.

Drückt man einen Glasstab langsam hinein, sinkt er in die Dispersion ein. Will man ihn danach schnell wieder herausziehen, scheint er festzustecken. Nach kurzer Wartezeit haben sich die Teilchen wieder gleichmäßig verteilt und das Material gibt bei langsamem Zug nach.

Nano macht Flüssigkeiten zäh wie Treibsand

Der Grund hierfür liegt in der Unregelmäßigkeit der Partikelform. Bei starker mechanischer Beanspruchung verhaken sich die Nanoteilchen ineinander und die Flüssigkeit geht in den Zustand eines Feststoffs über. Dieses Phänomen heißt „Rheopexie“ und lässt sich mittels Nanotechnologie beispielsweise auf mechanische Dämpfungsmaterialien anwenden.

Der umgekehrte Effekt zeigt sich z. B. bei Silziumdioxid-Nanoteilchen in Größen von etwa 10 bis 30 nm. Hier wird die Dispersion bei mechanischer Beanspruchung flüssiger, man spricht von „Thixotropie“. Durch die aufgewendeten Scherkräfte werden die Bindungskräfte zwischen den Teilchen kurzzeitig verringert. Thixotrope Dispersionen auf Basis von Nanopartiken finden bereits breite Anwendung: Beispielsweise in Malerfarben, die nicht mehr vom Pinsel tropfen oder Druckfarben, die als Paste vorliegen und sich doch auf der Druckwalze gleichmäßig verteilen lassen.

zurück