Den nanostrukturierten Materialien gehört die Zukunft – ein lockerer Werbespruch mit einem komplexen wissenschaftlichen Hintergrund. Nanos heißt im Griechischen der Zwerg und die Vorsilbe „nano“ weist auf die Winzigkeit der Strukturen hin. In der Größenordnung von einigen Milliardsteln eines Meters können atomare oder molekulare Bausteine zu völlig neuen Materialien zusammengesetzt werden.
Bei nanokristallinen Metallen entdeckte man in den letzten Jahren Eigenschaften, die von unserer Erfahrungswelt stark abweichen. Alle Metalle bestehen aus Kristallen – mit freiem Auge kann man sehr schöne Kristallstrukturen an einer frisch verzinkten Dachrinne erkennen.
Verdampft man reines Platin oder Palladium und lässt es anschließend in einer dünnen Edelgasatmosphäre kondensieren, dann entstehen Kristalle von ungefähr 10 Nanometer (0,000000010 Meter) „Größe“, die zu einem porösen Körper zusammengepresst werden. Unter dem Mikroskop schaut dieser Festkörper wie ein Schwamm aus, der wegen seiner porösen Struktur eine außerordentlich große Oberfläche hat. Diese Oberflächen, auch Grenzflächen genannt, sind die Ursache ungewöhnlicher Eigenschaften.

Muskeln aus Metall
Tränkt man ein nanoporöses Metall mit einer leitfähigen Flüssigkeit, einem Elektrolyten, und legt eine geringe elektrische Spannung an, so dehnt sich das Metall aus, was man auch wieder rückgängig machen kann. Diese Längenänderungen sind messbar. Sie wurden erstmals von Wissenschaftern des Forschungszentrums Karlsruhe nachgewiesen, in Kooperation mit Univ.-Prof. Dr. Roland Würschum, dem Leiter des Institutes für Materialphysik der TU Graz. An diesen Effekt knüpfen sich viele Erwartungen: mikrotechnische Schalter und Regler, die auch im menschlichen Körper bei Pump- oder Dosierungsvorgängen eingesetzt werden können; intelligente Materialien, die bei Bedarf ihre Form ändern; künstliche Muskeln für Kleinprothesen.

Erfolg in Graz
Elektronisches Steuern von Materialien war bis jetzt nur in Halbleitern und Isolatoren möglich. Winzige Halbleiterbauteile stecken beispielsweise in jedem Handy oder PC und steuern dort die Geräte. Nun ist es Roland Würschum und seinem Team an der TU Graz gelungen, mit elektrischen Feldern die Eigenschaften von nanostrukturierten Metallen zu beeinflussen, und zwar die elektrische Leitfähigkeit und das magnetische Verhalten. Für diese völlig neuartige Entdeckung erhielt Roland Würschum vom Land Steiermark im November 2007 den Forschungspreis für Nanowissenschaften in der Kategorie Grundlagenforschung.
Würschum studierte Physik an der Universität Stuttgart, wo er sich 1997 habilitierte. Nach einem Forschungsaufenthalt am berühmten MIT (Massachusetts Institute of Technology) in den USA arbeitete er am Institut für Nanotechnologie in Karlsruhe. Im Jahr 2000 wurde er als Professor an das Institut für Materialphysik an die TU Graz berufen, seit 2001 leitet er es.
Sehr zurückhaltend äußert sich Prof. Würschum zu konkreten Anwendungen seiner Entdeckung. Zu Recht. Schließlich hat es die elektronisch steuerbare Änderung von magnetischen Eigenschaften eines Metalls bis jetzt noch nicht gegeben. Wünschenswert wäre für ihn, durch ein elektrisches Signal den Magnetismus eines Materials ein- und ausschalten zu können.

Grundlagenforschung
Nützlichkeit und Machbarkeit haben einen hohen Stellenwert in unserer Zeit. Zweckfreies Nachdenken und Forschen zu purem Erkenntnisgewinn sind jedoch kein Luxusgut, sondern eine Kulturleistung des Menschen.
Die Umsetzung dieser Erkenntnisse ist oft erst nach Jahrzehnten Bestandteil unseres Alltags. Knapp formuliert: Ohne Relativitätstheorie kein satellitengestütztes Navigationssystem, ohne Quantenmechanik keine Computerchips, keine Telekommunikation.
Der österreichische Wissenschaftsfonds hat Ende 2007 ein nationales Forschungsnetzwerk auf dem Gebiet der nanokristallinen Materialien genehmigt. Daran sind fünf österreichische Gruppen beteiligt: Universität und TU Wien, Erich-Schmid-Institut Leoben, Universität und TU Graz.
Professor Würschum ist überzeugt, dass die Grundlagenforschung von heute der Schlüssel für die Hightechmaterialien von übermorgen ist.

Dr. Gertraud Hopferwieser