16.11.2011

Wissenschaftliche Abteilung, Französische Botschaft in der Bundesrepublik Deutschland

Ein explosives Gemisch aus Nanopartikeln und DNA als Energiequelle für Mikrosysteme

Mit Hilfe eines innovativen Herstellungsverfahrens, bei dem sich Nanopartikel mit DNA-Strängen verbinden, haben Forscher des Labors für Analyse und Systemarchitektur (CNRS Toulouse) in Zusammenarbeit mit dem interuniversitären Forschungszentrum für Werkstofftechnik (Universität Toulouse 3/INP Toulouse/CNRS) einen stabilen Sprengkörper entwickelt, der die gleiche Energiedichte wie Nitroglyzerin aufweist.

Die DNA-Stränge übernehmen die Rolle der "Mechaniker", die die verschiedenen Arten der verwendeten Nanopartikeln zusammenfügen. Aufgrund der freiwerdenden Energiemenge und der thermischen Ausgangstemperatur zählt dieser neue Sprengstoff derzeit zu den effizientesten. Er könnte (auch im Weltraum) als Energiequelle für eingebettete Mikrosysteme verwendet werden. Über diese Innovation wurde bereits auf der Website der Zeitschrift Advanced Functional Materials berichtet.

Nanopartikel aus Aluminium und Kupfer-Oxid sind die beiden grundlegenden Bestandteile dieses Verbundwerkstoffes. Die Idee einer Verbindung von Aluminium und Kupfer-Oxid ist nicht neu: Diese beiden Werkstoffe wurden bereits früher zum Schweißen von Schienen verwendet. Die Innovation besteht darin, sie durch DNA-Stränge zu verbinden. Zwei komplementäre DNA-Stränge bilden eine Doppelhelix und somit ein festes Gefüge. Dies haben sich die Forscher zunutze gemacht. Sie brachten die Stränge getrennt auf nanoskopische Aluminium- und Kupferoxidkugeln und vermischten diese dann. So erhielten sie komplementäre Stränge der beiden Arten von Nanopartikeln, wodurch das ursprüngliche Aluminiumpulver und das Kupferoxid in ein kompaktes und solides Material transformiert wurden, das sich entzündet, sobald es sich auf eine Temperatur von 410°C erwärmt (die Temperatur der spontanen Verbrennung ist eine der niedrigsten in der Literatur).

Die hohe Energiedichte dieses Materials wäre ein idealer Brennstoff für Mikro-Satelliten. Ausgestattet mit nur wenigen hundert Gramm dieses Verbundstoffes hätten sie genug Energie, um ihre Flugbahn oder ihre Ausrichtung zu korrigieren.

Auf der Erde sind die Anwendungen dieser Verbindung sehr vielfältig: als Zünder in gasbetriebenen Verbrennungsmotoren oder in Flugzeug- und Raketendüsen, beim gezielten Schweißen, etc. Sobald seine Wärme in elektrische Energie umgewandelt wird, könnte dieses Verbundmaterial auch als Energiequelle in der Mikrosystemtechnik (z. B. als Verschmutzungsdetektoren in der Natur) Anwendung finden.

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