Prof. Dr. Andreas Walther: AquaMat

Stärker als Stahl! Zellulose- und Chitin-Bionanopartikel haben mechanische Eigenschaften, die denen von Stahl deutlich überlegen sind. Durch gezielte Strukturbildung können diese für nachhaltige, mechanische und funktionale, wasserbasierte Hochleistungsmaterialien nutzbar gemacht werden.

Die von Prof. Dr. Andreas Walther geleitete Nachwuchsgruppe befasst sich mit der Herstellung von nachhaltigen, multifunktionalen und vollständig wasserbasierten Hochleistungsmaterialien. Diese Materialien basieren auf erneuerbaren und hochfesten Nanozellulose- und Nanochitin-Bausteinen. Die Ausgangsbasis für diese Untersuchungen bilden winzige Kristalle, welche sich aus Zellulose (Holz, Gemüseschalen) oder aus Krustentierabfällen herstellen lassen. Die Bionanopartikel zeichnen sich durch höchst spezifische mechanische Eigenschaften aus. Die Materialien aus diesen Bionanopartikeln  sind z.B. stabil wie Holz und so fest wie ein Hummerpanzer.

Im Projekt AquaMat sollen Nanoverbundwerkstoffe nach dem Vorbild der Natur hergestellt werden. Dafür werden nachwachsende Ausgangsstoffe ausgewählt und modifiziert, z.B. Biopolymere und Bioharze. Hierbei spielt die Selbstanordnung der beteiligten Komponenten eine besondere Rolle. Hochgeordnete biomimetische Strukturen, also nach dem Vorbild natürlicher Materialien, lassen sich so aufbauen. Die Vorbilder sind hierbei etwa Seide und Perlmutt. Die Herausforderung liegt darin die aus der Natur bekannte Kombination aus Steifigkeit, Festigkeit und Bruchzähigkeit der Materialien bei geringstem Gewicht zu erreichen.

Ein weiterer Fokus der Forschungsarbeiten liegt auf dem Einbau zusätzlicher funktionaler Eigenschaften, die u.a. für Anwendungen im mobilen Leichtbau von Bedeutung sind, z.B. für Feuerbarriere-Materialien. Die Zusammenführung herausragender mechanischer Eigenschaften, der Entwicklung makroskopischer Fertigungsmethoden bei gleichzeitiger Strukturkontrolle der Bausteine mittels Selbstorganisation, und die Berücksichtigung funktionaler Eigenschaften eröffnen ganz neue Möglichkeiten. Denkbar sind energieeffiziente, biobasierte und wiederverwertbare Materialien mit Anwendungen im Mobilitätssektor und der Biomedizintechnik.

Die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Walther bearbeitet diese Themen von der Isolation der Bionanopartikel über die Materialherstellung der biomimetischen Nanokompositmaterialien bis zur ausführlichen Untersuchung der mechanischen und funktionalen Eigenschaften an der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg (zuvor DWI – Leibniz Institut für Interaktive Materialien, Aachen). 

Nachwuchsgruppenleiter

Andreas Walther ist seit November 2016 Professor für Funktionspolymere an der Albert-Ludwigs-Universität in Freiburg. Nach einer Promotion in Bayreuth und einem Postdoktorandenaufenthalt in Helsinki, war er vor seinem Wechsel nach Freiburg für 5 Jahre am DWI-Leibniz Institute für Interaktive Materialien in Aachen tätig.

Seine Forschungsinteressen konzentrieren sich auf die Verbindung aus bioinspiriertem Materialdesign und komplexen selbstassemblierenden Systemen. Seit Februar 2013 leitet er eine „NanoMatFutur“-Nachwuchsgruppe zu dem Thema „Nachhaltige, multifunktionale, wasserbasierte Hochleistungsmaterialien“. Herr Walther hat zudem in den letzten Jahren den Bayer Early Excellence in Science Preis (Materials), den Raimund Stadler Award der GDCh und einen ERC Starting Grant erhalten.