Vom Holz zum Schwamm

Das Holz des tropischen Balsabaums ist wegen seines geringen Gewichts bei Modellbauern sehr beliebt. Mit einer chemischen Behandlung konnten Wissenschaftler die Dichte des Materials nun noch weiter verringern. Wie sie in der Fachzeitschrift „Chem“ berichten, wandelte sich das kompakte Balsaholz in einen schwammartigen Werkstoff, der sich reversibel zusammenpressen ließ. Abhängig von der Kompression veränderte sich der elektrische Widerstand, sodass sich das neue Material auch als Drucksensor eignet.

Liangbing Hu von der University of Maryland in den USA und seine Kollegen kochten Balsaholz mehrere Stunden lang in einer Lösung aus Natriumhydroxid und Natriumsulfit. Dabei zerbrachen die starren Zellstrukturen im Holz und ein Großteil des enthaltenen Lignins und der Hemizellulose wurde ausgewaschen. Zurück blieb eine aus weißer Zellulose bestehende poröse Masse. Letztere kochten die Forscher wiederum mehrere Stunden in einer Wasserstoffperoxid-Lösung. Aus den Bruchstücken der Zellwände bildete sich dadurch eine regelmäßige Wabenstruktur mit Wabendurchmessern von etwa 25 Mikrometern. Diese flexible Struktur ließ sich über einen Verkohlungsprozess bei 1000 Grad Celsius dauerhaft stabilisieren.

Das Ergebnis dieser Prozedur war ein schwarzes schwammartiges Material, dessen Dichte lediglich ein Fünftel des ursprünglichen Wertes betrug. Mit mehreren Versuchsreihen bestimmten Hu und sein Team weitere physikalische Eigenschaften des extrem leichten Werkstoffes. So ließ er sich wie ein echter Schwamm mehrere Tausend Male mindestens auf die Hälfte seines Volumens zusammenpressen, um anschließend – ohne Kompressionsdruck – wieder seine ursprüngliche Form anzunehmen. Auf ein Fünftel des ursprünglichen Volumens komprimiert stieg die elektrische Leitfähigkeit des Materials etwa um das 400-fache an. Zur Demonstration dieses druckabhängigen Verhaltens stellten die Forscher kleine Drucksensoren her.

„Diese Holzschwämme bestehen aus einem nachwachsenden Rohstoff und könnten eine interessante Alternative zu Werkstoffen aus Graphen oder Kohlenstoffnanoröhrchen sein“, so Hu. Anders als chemisch synthetisierte Materialien aus Graphen oder Karbonfasern ließen sich die Holzschwämme nachhaltiger und günstiger produzieren. Die Materialforscher können sich schon jetzt vielfältige Anwendungen vorstellen – von der Reinigung belasteten Wassers bis hin zu einem neuen Gerüstwerkstoff für Elektroden in Batterien.