Welches Material hat die höchste Zugfestigkeit?
Das Material mit der größten Zugfestigkeit ist Kohlenstoffnanoröhrenfaser. Es ist auch das steifste bekannte Material mit einem enorm hohen Elastizitätsmodul, was bedeutet, dass es sich nicht leicht dehnt. Kohlenstoffnanoröhrchen können als Graphenblätter sichtbar gemacht werden, die sich zu Zylindern mit einer Molekülbreite zusammenrollen.
Diese Zylinder können einwandige (SWNTs oder einwandige Kohlenstoffnanoröhren) oder mehrwandige (MWNTs oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren) aufweisen. Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren wurden als das Material mit der höchsten Zugfestigkeit von allen gemessen. Für Tests im atomaren Maßstab wurden Werte von 63 GPa (Gigapascal) gemessen, die deutlich unter dem theoretischen Maximum von 300 GPa liegen. Wissenschaftler konnten diese Zugfestigkeit bei Schüttgütern noch nicht herstellen, obwohl die Arbeiten noch nicht abgeschlossen sind und ein Erfolg wahrscheinlich ist.
Kohlenstoffstahl hat im Gegensatz zu Kohlenstoffnanoröhren eine Zugfestigkeit von ca. 1,2 GPa. Kohlenstoffnanoröhrchen in großen Mengen wurden mit einer Zugfestigkeit von 1,6 GPa hergestellt. Dies ist die höchste Zugfestigkeit aller natürlichen oder künstlichen Fasern in einer Größenordnung. Weitere Verbesserungen in einer anderen Größenordnung erscheinen in den nächsten Jahrzehnten plausibel. Kohlenstoffnanoröhrenfasern sind so stark, dass ein 50.000 km langes Kabel der Faser von der Erdoberfläche in eine geosynchrone Umlaufbahn geführt werden kann und nicht reißt. Dieses Konzept ist als Weltraumaufzug bekannt.
Im Mai 2007 gelang es Forschern, die von der US Navy finanziert wurden, Kohlenstoffnanoröhren mit einer Länge von mehr als 2 mm herzustellen, die längste, die es bisher gab. Das Längen-Breiten-Verhältnis dieser Nanoröhren beträgt ungefähr 900.000 zu 1. Die Marine ist verständlicherweise an möglichst zugfesten Fasern interessiert, da sie Seile für zahlreiche Zwecke wie das Festmachen, das Befestigen von Ladung usw. verwendet. Stärkere Fasern würden das Eintauchen ermöglichen ROVs (ferngesteuerte Fahrzeuge) sollen mehr wiegen, tiefer fahren und zuverlässiger an ihre Basisstationen gebunden werden. Dies ist vor dem Hintergrund eines japanischen ROVs im Wert von 15 Millionen US-Dollar relevant, das zu den modernsten der Welt gehört und kürzlich im Laufe eines Jahres verloren ging starker Sturm. Somit würden Fasern mit der höchsten Zugfestigkeit unsere Fähigkeit verbessern, den Meeresboden zu erkunden.
Ähnliche Vorteile könnten sich auf alle Bereiche des Ingenieurwesens und des Entwurfs auswirken. Brücken könnten viel stärker gemacht werden, wenn Carbon Nanotube Fibre erschwinglicher würde. Gegenwärtig kostet es Hunderte oder Tausende von Dollar pro Gramm, aber die Kosten sind in den letzten Jahren exponentiell gesunken.