Aktualitäten 2019

ETH-Forschende lassen Pralinen in Regenbogenfarben schillern, ganz ohne Zusatzstoffe. Sie haben ein Verfahren entwickelt, um die Oberfläche von Schokolade mit einer Struktur zu prägen, sodass gezielte Farbeffekte entstehen.

Ein Material, das dicker wird, wenn man daran zieht, scheint den Gesetzen der Physik zu widersprechen. Der sogenannte auxetische Effekt, der auch in der Natur vorkommt, ist jedoch für eine Vielzahl von Anwendungen interessant. Eine neue, vor kurzem im Fachblatt «Nature Communications» veröffentlichte Studie der Empa zeigt nun, wie sich das erstaunliche Materialverhalten weiter steigern lässt - und sogar für die Behandlung von Verletzungen und Gewebeschäden genutzt werden kann.

ETH-Forscher stellen mithilfe eines 3D-Druckverfahrens komplexe hochporöse Glasgebilde her. Mit dieser Technik lassen sich massgeschneiderte Objekte herstellen, die dereinst Fälschern das Leben schwermachen könnten. Glasobjekte mit einem 3D-Druckverfahren herzustellen, ist nicht einfach. Erst wenige Forschungsgruppen weltweit haben versucht, Glas mithilfe additiver Verfahren zu produzieren.

Eine an der ETH entwickelte Schutzhülle für Herzschrittmacher erwies sich im Tierversuch als erfolgreich: Rund um die Implantate bildete sich weniger des störenden Bindegewebes. Als nächstes soll die Schutzmembran bei Patienten getestet werden. Eine von ETH-Wissenschaftlern entwickelte spezielle Zellulose-Schutzhülle verringert die Bildung von Bindegewebe rund um einen implantierten Herzschrittmacher deutlich, wie Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Biomaterials berichten.

Ob beim Sport, bei der Arbeit oder im Wohnzimmer - je nach Tätigkeit und Umgebung haben wir unterschiedliche Ansprüche an unsere Kleidung. Empa-Forschende haben ein Modell entwickelt, das voraussagen kann, wie gut uns ein Kleidungsstück wärmt. Dabei kommt es vor allem auf die Luftpolster zwischen Körper und äusserster Kleidungsschicht an.

Über ein Drittel der gesammelten Altkleider können höchstens noch als Putzlappen oder Reisswolle wiederverwendet werden. Texaid und Forschende der Hochschule Luzern wollen den textilen Kreislauf nun weiter schliessen. Es hat sich gezeigt: Aus Alttextilien lassen sich Garn und Vlies für neue Teppiche und Dämmstoffe herstellen.

Erstmals konnten ETH-Forscherinnen und Forscher die Korrosion von Magnesiumlegierungen für biomedizinische Anwendungen auf der Nanoskala beobachten. Dies ist ein wichtiger Schritt, um bessere Vorhersagen darüber zu treffen, wie schnell Implantate im Körper abgebaut werden und so massgeschneiderte Implantatwerkstoffe entwickelt werden können.

Einem Team von Akustikforschern der Empa ist es gelungen, makroskopische Kristallstrukturen zu bauen, die innere Drehbewegungen nutzen, um die Ausbreitung von Schallwellen abzuschwächen. Mit der Methode lassen sich sehr leichte und steife Materialien entwerfen, die auch tiefe Frequenzen besonders gut «schlucken» können, berichten sie im Fachmagazin Nature Communicatons.

Ein Musikstück so zu spielen, wie es vom Komponisten ersonnen wurde, liegt im Trend. Woher aber die raren historischen Instrumente nehmen? Die Lösung wären exakte Kopien der begehrten Originale. Ein Forscherteam mit Beteiligung der Empa analysiert derartige Replikate, mit dem Ziel, historische Posaunen mit ihrem typischen Klang nachzubauen.

Es lässt sich beliebig verformen und ist dreimal stärker als natürliches Holz: Das Holzmaterial, das Marion Frey, Tobias Keplinger und Ingo Burgert an der Empa und der ETH entwickeln, hat das Potenzial zum Hightech-Werkstoff. Dabei entfernen die Forschenden genau jenen Teil aus dem Holz, der ihm in der Natur seine Stabilität verleiht: das Lignin.

Wo Knochen bersten, müssen Chirurgen die Bruchstücke mit Implantaten zusammenfügen. Orthopädische Schrauben aus Magnesium, die sich mit der Zeit im Körper auflösen, ersparen Patienten eine weitere Operation nach der Heilung und mindern das Infektionsrisiko. Was mit derartigen Implantaten im Körper passiert, ist indes weitgehend unbekannt.

Winzige Partikel, die gegen Krebs wirken oder problemlos jede Grenzfläche innerhalb unseres Körpers durchdringen können, sind eine grosse Hoffnung für die Medizin. Was aber mit den Nanopartikeln im Gewebe passiert und ob sie am Ende gar selbst Krankheiten auslösen, ist noch kaum erforscht. Empa-Forscher haben innerhalb eines internationalen Konsortiums nun Richtlinien für die Nanomedizin erarbeitet, um sichere Nanopartikel entwickeln zu können.

ETH-Forscher um Markus Niederberger entwickelten aus weichen Materialien eine Batterie, die sich verdrehen, biegen und dehnen lässt. Für Anwendungen in biegsamen Elektronikgeräten ist eine solche Batterie genau die richtige. Die Elektronikbranche setzt immer mehr auf Computer oder Smartphones mit faltoder rollbaren Bildschirmen.

Forschende der ETH Zürich, der Empa und der Universität Stuttgart stellen eine Methode vor, mit der sich Holzplatten in einem kontrollierten Trocknungsprozess ohne Maschinenkraft in eine zuvor berechnete Form biegen. Holz ist eine erneuerbare Ressource und als nachhaltiges Baumaterial beliebt. Allerdings fordern komplexere architektonische Entwürfe mit geschwungenen oder verdrehten Strukturen den Holzbau zusehends heraus.

ETH-Forschende stellen mithilfe eines 3D-gedruckten Salzgerüstes Magnesium mit strukturierter Porosität her, das sich für bioabbaubare Knochenimplantate eignet. Bei komplizierten Knochenbrüchen oder gar fehlenden Knochenteilen setzen Chirurgen in der Regel Metallimplantate ein. Als Materialien der Wahl bieten sich nebst Titan, das mit dem Gewebe weder chemisch noch biologisch wechselwirkt, auch Magnesium und seine Legierungen an.

Eine an der ETH Zürich entwickelte Solarfassade kombiniert Stromproduktion mit intelligenter Beschattung und ermöglicht so Räume mit positiver Energiebilanz. Gebäude zu heizen oder zu kühlen benötigt Energie. Mit intelligenten Fassaden könnte man viel davon sparen. Ein an der ETH Zürich entwickeltes System verwendet bewegliche Solarpanels, die Strom produzieren und zugleich genau so viel Sonne durchlassen oder Schatten spenden, wie es Wetter und Raumklima erfordern.

ETH-Forscher konnten zeigen, wie schnell Stahl in unterschiedlichen porösen Materialien korrodiert. Ihre Erkenntnisse könnten neuen ökologischen Zementsorten zum Durchbruch verhelfen. Wie schnell Stahl in Beton oder in einem anderen porösen Material korrodiert, ist zentral für eine Vielzahl an technischen Anwendungen, etwa bei Rohrleitungen im Erdreich oder bei Stahlbetonbrücken.

Die Anpassung der Wärmeleitfähigkeit von Materialien ist eine aktuelle Herausforderung in den Nanowissenschaften. Forschende der Universität Basel haben mit Kolleginnen und Kollegen aus den Niederlanden und Spanien gezeigt, dass sich allein durch die Anordnung von Atomen in Nanodrähten atomare Vibrationen steuern lassen, welche die Wärmeleitfähigkeit bestimmen.

Eine besondere Art von Elementarteilchen, die Weyl-Fermionen, wurden erst vor einigen Jahren entdeckt. Ihre Besonderheit: Sie bewegen sich in einer aussergewöhnlichen, hoch geordneten Weise durch ein Material. Dies lässt sie praktisch nie miteinander kollidieren, was sehr energieeffizient ist. Dadurch ergeben sich faszinierende Möglichkeiten für die Elektronik der Zukunft.

Biofilme sind enorm widerstandsfähige Ansammlungen von Keimen, die besonders in Spitälern zum Problem werden können. Wie ein einziges grosses Lebewesen breiten sie sich auf Wunden aus oder besiedeln Implantate und Medizinprodukte. Biomedizinische Materialien mit neuartigen Oberflächen sollen den Krankheitserregern Einhalt gebieten.