Leobener Forscher lüften Holz-Geheimnis

Forscher der Montanuniversität Leoben haben mit deutschen und französischen Kollegen eines der Geheimnisse von Holz gelüftet. Mittels Synchrotron-Röntgenanalyse klärten sie laut Online- Ausgabe der Zeitschrift “Nature Materials“, wie sich Zellen an wechselnde Verhältnisse anpassen können.

Der Naturbaustoff Holz braucht keinen Vergleich mit modernen Werkstoffen scheuen. Vor allem was die Verformungsfähigkeit angeht, geraten Materialwissenschafter auch heute noch ins Schwärmen. Die Leobener Forscher um Prof. Dr. Peter Fratzl, der mittlerweile eine Stelle als Direktor am Max-Planck-Institut für Kolloid und Grenzflächenforschung in Potsdam angenommen hat, wollten bei ihren Studien vor allem klären, was sich bei Verformung auf zellulärer und molekularer Ebene abspielt.

Dazu spannten die Wissenschafter dünne Holzfolien und sogar einzelne Zellen mit einer Stärke von 20 Mikrometer – also dünner als ein menschliches Haar – in eine spezielle Vorrichtung. Dann wurden die Fasern gedehnt und die Vorgänge auf molekularer Ebene mittels eines Röntgenstrahles aus der Synchrotronstrahlungsquelle ESRF in Grenoble durchleuchtet.

Die einzelnen Holzzellen kann man sich als hohle Röhren vorstellen. Die Wände bestehen einerseits aus spiralig angeordneten Zellulosefasern, die in elastische, fast gummiartige Substanzen wie Lignin eingebettet sind. “Wir wussten bereits, dass steilere Zellulosespiralen mehr Festigkeit bedeuten, dichter gewickelte dagegen mehr Elastizität”, so Fratzl. Bekannt war auch, dass etwa Bäume bestimmte, besonders beanspruchte Stellen durch gezieltes Wachstum verstärken.

Wie die steirischen Forscher bei ihren Untersuchungen in Grenoble herausfanden, kann sich aber auch jede einzelne Faser sofort an unterschiedliche Verhältnisse anpassen. Wird sie gedehnt, so ziehen sich die Zellulose-Spiralen auseinander. Dabei reißen die verbindenden Strukturen zwar kurzfristig auseinander, finden aber in der neuen – gedehnten – Stellung der Spirale wieder zusammen. Fratzl vergleicht den Vorgang mit einem Klettverschluss, den man auseinander ziehen und – verschoben – wieder schließen kann. Damit bleibt auch nach der Dehnung die volle Funktion der Holzfaser intakt.

“Damit erreicht Holz Eigenschaften, wie man sie ansonsten etwa nur bei Metallen beobachtet, die man biegen, walzen oder schmieden kann”, so der Wissenschaftler. Bis zu einem gewissen Grad funktioniert der Anpassungsmechanismus von Holz auch im verarbeiteten Zustand, man muss nur durch Wässern dafür sorgen, dass genug Flüssigkeit in den Fasern vorhanden ist. Was beim Dehnen oder Biegen eines hölzernen Tischbeines gegenüber einem lebenden Baum allerdings nicht mehr stimmt, ist die optimale Ausrichtung der Fasern gegenüber der Belastung.

(Vgl. Meldung vom 2002-09-30.)