Federn der Stille
Das futuristische Gebilde aus federartigen Strukturen dient einem Ziel: Lärm zu dämpfen. "Mit einer Grösse von 50 mal 50 Zentimetern könnte es eines Tages in Gebäuden, Fahrzeugen oder Flugzeugen Verwendung finden", erklärt der Erfinder, Andrea Bergamini von der Empa in Dübendorf.
(Aus "Horizonte" Nr. 112 März 2017)
Bei diesem Gebilde handelt sich um ein bemerkenswertes Beispiel von phononischen Kristallen: periodische Strukturen, die gezielt so zusammengestellt sind, dass sie Schallwellen absorbieren oder ablenken. "Das ist ein ziemlich neues Forschungsgebiet", sagt Bergamini. Der Name verweist auf Phonone – Schwingungen, die sich in Festkörpern ausbreiten und Analogien zu ihren bekannteren Verwandten aufweisen, den photonischen Kristallen, die Licht blockieren oder umleiten.
Hergestellt wurde die Struktur mit einer 3D-Drucktechnik, dem sogenannten Selektiven Lasersintern (SLS), bei dem Polymerpulver schichtenweise abgelagert und zur Festigung von einem Laser geschmolzen wird. "Wir haben federähnliche Formen gebildet, um die Reaktionsweise der Gesamtstruktur auf eingehende Klangwellen zu verändern. Die vier Zentimeter breiten Ringe bewegen nicht nur nach links, rechts, vorwärts und rückwärts wie kleinste Bälle aus Materie, sondern können sich auch um ihre Symmetrieachse drehen." Diese zusätzliche Bewegung ermöglichte es dem Forscher, vor der Herstellung mehr Konfigurationen zu erkunden. "Unser Ziel war es, ein Material zu schaffen, das relativ klein und steif ist, damit es belastet werden kann, aber gleichzeitig leicht für Anwendungen im Automobil- oder Luftfahrtbereich. Diese schwierige Kombination ist uns gelungen." Die Vorrichtung dämpft 99 Prozent der Wellen mit 800 Hertz, was der typischen Frequenz von Vokalen der menschlichen Sprache entspricht.
Das Empa-Team wird seine Struktur in ein Sandwich aus Polymeren einfügen, um es als Raumwand zu testen. Weil die Struktur vorwiegend leer ist, lässt sie das meiste Licht durch. Zwar ist sie mit zehn Zentimetern zu dick für ein Fenster. Sie könnte sich jedoch als Schallisolation eignen, die Räume abtrennt, ohne das Tageslicht abzuhalten.dsa