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Top 10 überraschende neue Anwendungen für Schaum
In der Laborwelt ist Schaum nicht der Schaum, der Bier knusprig erscheinen lässt. Schaum ist als Gel, Festkörper und sogar auf Quantenniveau zu sehen und dient dazu, das Leben des Menschen auf bemerkenswerte Weise zu verbessern.
Diese flexible Substanz bringt Innovationen im Kampf, in Operationssälen und in der Robotik hervor. Es fördert auch ein sichereres Umfeld für die Öffentlichkeit. Der bizarrste Schaum liegt im Herzen eines Mysteriums, das die Natur der Realität in Frage stellt.
10 Unterseeische Unterwasserforschung
Die meisten Fahrzeuge, Schiffe und Flugzeuge enthalten so genannten syntaktischen Schaum. Das Material ist bekannt dafür, leicht, robust und schwimmfähig zu sein. Dies macht syntaktische Teile bis auf eine Sache perfekt für U-Boote. Sie fallen aus Spritzgießwerkzeugen, da kleinere Teile miteinander verbunden werden müssen, und jede Art von Naht ist anfällig für Versagen.
Im Jahr 2018 kamen die Wissenschaftler zu dem Schluss, dass der 3D-Druck das Problem lösen würde, indem das gesamte Teil anstelle von Abschnitten gedruckt wird. Es war nicht einfach. Syntaktischer Schaum besteht aus Milliarden von Mikrohohlkugeln aus Glas oder Keramik im Inneren von Kunstharz.
Zuerst wurden sie beim Mischen des Harzes zerkleinert oder die Düse des Druckers verstopft. Der Erfolg kam, als das Team zu einem anderen Kunstharz wechselte und die Kugeln durch Flugaschekugeln ersetzte. Das Mischen der beiden Zutaten erforderte eine gute Kontrolle, da die Kugeln noch flach werden konnten. Am Ende funktionierte die Idee jedoch.
Mit handelsüblichen Druckern wurden die ersten intakten syntaktischen Schaumstoffteile geboren. Dies gilt insbesondere für Tiefsee-U-Boote. Hersteller können nun die Idee haben, massive Teile als eine einzige Einheit zu drucken, sodass U-Boote dem Druck standhalten können, tiefer als zuvor zu tauchen.
9 Asbestessender Schaum
Zu einer Zeit war Asbest das Material der Wahl für feuerfeste Gebäude. Es wurde aus Magnesium- und Siliziumoxiden hergestellt und war gleichzeitig schwer entflammbar und verhinderte, dass Gips von den Wänden fiel.
Als die Wahrheit klar wurde, dass Asbest ein starkes Karzinogen ist, war es seit Jahrzehnten in Gebrauch und in Wohnungen, Büros und Schulen weit verbreitet. Das Entfernen des Materials hat Zeit und eine tiefe Brieftasche benötigt. Schlimmer noch, wenn Asbest von einer Wand gerissen wird, können einige Fasern in der Luft herumschweben und eingeatmet werden.
In den letzten Jahren hatte ein Feuerfestunternehmen aus Florida eine Lösung gefunden. Sie schufen einen speziellen Schaum aus Fluoridionen und Säuren. Bei der Injektion in eine Wand zersetzte der chemische Schaum Asbestfasern zu einem harmlosen Silikat. Es erspart dem Hausbesitzer nicht nur die Kosten für eine neue Mauer und mögliche Krankheiten, sondern auch das zurückbleibende Material bleibt feuerfest.
8 Erster schalldichter Nanoschaum
Wenn die Russen und Koreaner zusammenkommen, wird es interessant. In diesem Fall haben die Forscher den weltweit ersten schallabsorbierenden Nanoschaum aufgemischt. Es mag nicht viel erscheinen, aber dieses bahnbrechende Material könnte Leben retten.
Schaum als Lärmschutz zu verwenden, ist nichts Neues. Unglücklicherweise haben frühere Versuche nur hohe Frequenzen blockiert und der untere Bereich ist für den Menschen schädlich. Niedrige Frequenzen wie Infraschall können zu beängstigenden Gesundheitsproblemen führen.
Der neue Nanoschaum ist der nächstliegende, den Wissenschaftler zur Neutralisierung des unteren Spektrums gekommen sind. Es absorbierte Frequenzen von 0,5 bis 1,6 kHz. Die Forscher nahmen Platten aus alltäglichem schallabsorbierendem Schaumstoff und injizierten jeweils mikroskopisch kleine Teilchen aus Siliciumdioxid und Magnetit. Die letzten Schritte umfassten das Einweichen der Blätter in flüssigem Nanopulver und die Durchführung der Ultraschallbehandlung vor dem Trocknen.
Das resultierende Material ähnelte den weit verbreiteten Aerogelen, war jedoch billiger und benutzerfreundlicher. Die Zukunft des Nanoschaums zielt darauf ab, eines Tages dabei zu helfen, große Lärmemissionen in einem bestimmten Bereich zu absorbieren - vom Inneren eines Autos bis zu einer ganzen Nachbarschaft.
7 Gold, das schwimmt
Im Jahr 2015 haben Schweizer Wissenschaftler Edelmetalle auf ein bizarres neues Niveau gebracht - sie haben aus Gold Schaum gemacht. Winzige Fasern, Amyloidfibrillen genannt, wurden aus Milchproteinen geerntet und in eine Goldsalzlösung gemischt. Das Ergebnis war eine Masse, die einer Kreuzung zwischen Saiten und Gel ähnelte.
Die Lufttrocknung beschädigte die empfindliche Struktur, aber der letzte Schritt war schließlich erfolgreich, als die Forscher herausfanden, wie sie die Masse mit einem Kohlendioxidbad zerlegen sollten. Der Goldschaum bestand zu 98 Prozent aus Luft, sodass er auf Wasser schwimmen konnte.
Ununterscheidbar von normalem Gold, könnte dies auch der nächste Schritt für das Metall in der Schmuckbranche sein. Da der Schaumstoff tausendmal leichter ist als jede Goldlegierung, kann ein Juwelier das gewünschte Stück von Hand formen.
Die richtige Farbe macht auch etwas Gold von der Öffentlichkeit mehr als andere. Der Herstellungsprozess des Schaums kann angepasst werden, um das Erscheinungsbild des Goldes anzupassen. Insbesondere wenn sich die Reaktionsbedingungen ändern, wird das Edelmetall dunkelrot.
6 Autos in Schaumstoff verwandeln
Wenn man bedenkt, wie Autos die Welt verschmutzen, denken die meisten Menschen nur an Abgase. Allerdings bringen Autos, die jährlich aus dem Verkehr gezogen werden, Millionen Tonnen Abfall auf den Planeten.
Insbesondere sind zwei Arten von Kunststoff schwer aufbereitbar. Recyceltes Polycarbonat (PC) und Polyurethan (PUR) erfordern eine komplexe chemische Behandlung, die den Aufwand oft nicht lohnt.
Im Jahr 2017 fanden die Forscher einen neuen Weg, die Kunststoffteile dieser Autos (einschließlich PC und PUR) zu recyceln. Mit Kokosnussöl und Mikrowellen verwandelten die Wissenschaftler diese Teile in einen Mehrzweckschaum.
Zuerst wurde der Kunststoff als Abfall in eine verwertbare Form zurückgewonnen und dann mit dem vorhandenen Schaum zusammengefügt. Vorherige Versuche machten den veränderten Schaumstoff brüchig, aber die mit Kokosnuss behandelten Kunststoffe hatten keine solche Nebenwirkung. Der neue Schaum war stabil und feuerfest.
Durch dieses Recyclingverfahren wurden zwei Hauptquellen von Kunststoffabfällen zu neuen Zwecken. Vom Alltäglichen bis zum Komplex kann der Schaumstoff Kissen füllen oder als Isolierung in der Bau- und Automobilindustrie verwendet werden.
5 kugelsicherer Schaum
Afsaneh Rabiei, Professor für Maschinenbau und Luft- und Raumfahrttechnik, hatte eine besondere Vorliebe für Verbundmetallschäume (CMFs). Nachdem Rabiei jahrelang diese ungewöhnliche Linie der Schaumstofffamilie entwickelt hatte, gab sie 2015 einige ihrer bemerkenswertesten Eigenschaften bekannt.
Zum einen hat das Material keine Angst vor einer panzerbrechenden Kugel. Während der Versuche zerschmetterten mehrere Kugeln den Schaum. Da es viel leichter ist als eine Metallbeschichtung, bietet es Soldaten und Fahrzeugen der Kampfzone mehr Beweglichkeit und Schutz.
Eine andere Fähigkeit macht CMFs zum Liebling aller, die Feuer hassen, weil sie unheiligen Temperaturen widerstehen können. Darüber hinaus sind CMFs besonders gut beim Blockieren gefährlicher Strahlen, einschließlich Neutronenstrahlung, Gammastrahlen und Röntgenstrahlen. Dies macht Metallschaum perfekt für die Raumfahrt oder das sichere Mitführen von Atommüll von einem Ort zum anderen.
4 Interner Verband
Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ist dafür bekannt, wirklich raffinierte Technologie zu erfinden, aber riesige Mengen Schaum in den Magen eines verwundeten Soldaten zu injizieren. Genau das hat DARPA gefunden (minus dem Soldaten).
Mit der nächstbesten Sache nahmen Wissenschaftler Schweine und bewerteten die Zukunft des Schaums als Hilfsmittel für Mediziner auf dem Schlachtfeld. Auf dem Feld ist die innere Blutung tödlich. Es muss so schnell wie möglich behandelt werden. Aber oft können Kampfsoldaten nicht für einige Zeit den Operationstisch erreichen.
DARPAs Schaum wird als zwei Flüssigkeiten eingespritzt, und wenn sie sich vermischen, quillt das resultierende Hybridpolymer im Volumen um das 30-fache. Der Schaum umschließt die Organe und das Gewebe vor dem Aushärten eng. Dieser Versiegelungseffekt verlangsamt die Rate der Bauchblutung. Das Vorhandensein von überschüssigem Blut stört auch nicht das Verhalten des Schaums.
Die Entfernung machte nur einen Einschnitt erforderlich, und etwa eine Minute später war das Schwein schaumfrei. Das Verfahren erhöhte die Überlebensraten der Tiere dramatisch und gab Anlass zu der Hoffnung, dass der Schaum menschliche Patienten lange genug am Leben halten kann, um das Krankenhaus zu erreichen.
3 Roboter mit schmelzenden Muskeln
Es gibt einen Grund, warum Chirurgen, Ingenieure und DARPA von matschigen Robotern träumen. Formveränderungsmaschinen können sich in enge Stellen quetschen und tief in die Trümmer einer Katastrophe oder hinter eine menschliche Leber geraten.
Im Jahr 2014 gelang es Forschern am MIT, einen „Muskel“ zu entwickeln. Die Entdeckung ist der Ausgangspunkt für künstliche Fingerfertigkeit, die eines Tages mit der natürlichen Flexibilität eines Kraken konkurrieren kann.
Unglaublicherweise wurde dieser große Schritt durch die Verwendung von Materialien erreicht, die jeder aus dem Regal eines Geschäftes mit Polyurethanschaum und Wachs abziehen kann. Die Ingenieure legten ein Schaumgitter in einen Behälter aus geschmolzenem Wachs. Drähte ließen elektrischen Strom durch das Gitter und schmolzen das Wachs. Der Robotermuskel wurde dadurch weicher.
Um es wieder in einen ausgehärteten Zustand zu bringen, wurde der Strom einfach abgeschaltet und das Wachs abkühlen gelassen. Die zukünftige Entwicklung der Erfindung könnte das Wachs durch Roboterflüssigkeiten ersetzen, die sich unter dem Einfluss von Magnetfeldern oder elektrischen Strömen zwischen fest und flüssig verschieben.
2 Ein arbeitendes Herz
Im Jahr 2015 fiel eine bemerkenswerte Sache von einem 3-D-Drucker an der Cornell University. Es war ein künstliches menschliches Herz aus Memory-Schaum, genannt poroelastischer oder elastomerer Schaum. Was diesen synthetischen Ticker bemerkenswert macht, ist, dass er wie ein echter Deal pumpt.
Das Herz-Kreislauf-Gerät arbeitet mit intuitiver Empfindlichkeit für biologische Drücke und Flüssigkeitsströme - dank der elastischen Schaumstoffhülle. Eine effektive Durchblutung ist nicht die einzige Tugend dieses erdbeerförmigen Wunders. Neben dem 3D-Drucker wurde das Herz mit einer wiederverwendbaren Form geformt - ein wirtschaftlicher Vorteil.
Sollte das Schaumherz jemals patentiert werden und es in den Operationssaal schaffen, könnte dies Herztransplantationen zu einem erschwinglichen Verfahren machen.
1 Stoff des Raumgeheimnisses
Es gibt Hinweise darauf, dass die wahre Realität des Weltraums ein chaotischer Schaum ist. Physiker nennen diese Teilchen „Weltraumschaum“. Um ehrlich zu sein, hat niemand wirklich Weltraumschaum gesehen, weil er zu klein ist und für den Moment als theoretische Teilchen existiert.
Weltraumschaum wurde 1947 von niederländischen Physikern vorhergesagt, die darauf hindeuteten, dass er durch die Kraft beobachtet werden könnte, die er auf zwei Metallplatten ausübte. Partikel erzeugen Wellen. Wenn der Weltraumschaum echt war, konnten nur kurze Wellen zwischen den Platten vorhanden sein, die schließlich durch längere, stärkere Wellen gedrückt wurden, die das Metall von außen zusammenschieben. Dieser sogenannte "Casimir-Effekt" wurde 1997 zum ersten Mal gesehen.
Die Quantenwelt ist jedoch selten so einfach. Bei einem weiteren Test wurden zwei Photonen zeitgesteuert von einer Sternexplosion vertrieben. Wenn Weltraumschaum existiert, wird seine Dichte verlangsamt und verhindert, dass beide an einem bestimmten Punkt zusammenkommen.
Mehrere Explosionsstudien hatten unterschiedliche Ergebnisse. Manchmal kamen Photonen zusammen, und manchmal gewann man das Rennen. Es war, als wäre Weltraumschaum für ein Experiment aufgetaucht, und für den nächsten verschwand er komplett. Sollte sich dieser Schaum bestätigen, würde dies nicht nur die Art und Weise verändern, in der Wissenschaftler das Raumgefüge sehen, sondern auch das der Realität.