Eine Folie aus nur einem einzigen Kristall: Forscher haben eine verblüffend simple Methode entwickelt, um normale, polykristalline Metallfolien in wertvolle Einkristalle umzuwandeln. Dabei werden die senkrecht aufgehängten Folien auf Temperaturen knapp unter dem Schmelzpunkt erhitzt – das löst die Gittergrenzen auf, wie die Forscher im Fachmagazin „Science“ berichten. Im Experiment erzeugten sie so hochgeordnetes Kupfer, Nickel oder Platin von bis zu 30 Zentimetern Größe.
Die meisten Feststoffe sind Kristalle: Ihre Atome oder Moleküle bilden regelmäßige Gitterstrukturen und prägen damit einen Großteil der Materialeigenschaften. Doch nicht immer sind die Kristallgitter durchgängig: Gerade bei Metallen bilden sich oft sogenannte Korngrenzen aus. Weil das Material nicht einheitlich kristallisiert, entstehen Bereiche mit unterschiedlich ausgerichtetem Kristallgitter. Das Metallstück wird dadurch polykristallin.
Einbußen durch Korngrenzen
Das Problem dabei: „Polykristalline Metalle haben viele Korngrenzen, was ihre elektrischen und mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt“, erklären Sunghwan Jin vom koreanischen Institut für Grundlagenforschung und seine Kollegen. So hat beispielsweise ein Kupfer-Einkristall eine bessere Leitfähigkeit als polykristallines Kupfer. Bei Stahl spielt die Kristallstruktur eine entscheidende Rolle für die Festigkeit und Biegsamkeit.
Doch einkristalline Metallstücke oder Folien herzustellen, ist bisher sehr aufwändig: Sie müssen aus winzigen Saatkristallen gezüchtet werden oder als Dünnfilm auf einkristalline Unterlagen aufgebracht werden. „Diese Methoden aber führen nur zu kleinen und sehr teuren Metall-Einkristallen“, so die Forscher.
