de.wedoany.com-Bericht: Forscher der University of Massachusetts Amherst haben möglicherweise einen neuen Weg gefunden, die Wärmedämmeigenschaften von Kunststoffen zu verbessern, ohne sie schwächer, schwerer oder schwieriger herzustellen. Das Team erreichte dies, indem es die Art und Weise veränderte, wie Wärme auf atomarer Ebene durch das Material wandert.
Die meisten aktuellen Dämmmaterialien verlassen sich auf eingeschlossene Luft, um die Wärmeübertragung zu blockieren, da Luft ein schlechter Wärmeleiter ist. Diese Strategie funktioniert gut bei Schaumdämmstoffen, doch das Einbringen von Lufteinschlüssen in Kunststoffe führt oft zu einer verringerten Festigkeit und Haltbarkeit sowie zu einer erhöhten Herstellungskomplexität. Anstatt Hohlräume hinzuzufügen, konzentrierte sich das Team darauf, die mikroskopischen Schwingungen zu stören, die Wärme durch feste Materialien transportieren.
Diese Arbeit könnte die Entwicklung neuer Kunststoffe vorantreiben, die leicht, flexibel, flammhemmend und mit eingeschränkter Wärmeübertragung sind. Mögliche Anwendungen umfassen Raumanzüge, Raumfahrzeuge, energieeffiziente Gebäude und elektronische Geräte, die ein verbessertes Wärmemanagement erfordern.
In Festkörpern wird Wärme hauptsächlich durch Schwingungen geleitet, die zwischen Atomen übertragen werden. Je organisierter der Schwingungspfad ist, desto effizienter bewegt sich die Wärme. Die korrespondierende Autorin der Studie, Yanfei Xu, Assistenzprofessorin am Riccio College of Engineering der University of Massachusetts Amherst, und ihr Team machten sich daran, diese Pfade zu stören. Xu verglich die normale Wärmeübertragung mit einer Kette von Feuerwehrleuten, die effizient Eimer weiterreichen, während das Team den gegenteiligen Effekt erzielen wollte – die Schaffung eines sogenannten „langsamen Chaos“.
Um die Wärmeübertragung zu verlangsamen, setzten die Forscher Schwingungstechnik ein, um die Koordination zwischen den Atomen zu stören. In ersten Tests mit einer Polymermischung aus Polyurethan und Tetrahydroxydeoxybenzoin-Triazol senkte diese gestörte Bewegung die Wärmeleitfähigkeit um 17 %. Das Material zeigte zudem flammhemmende Eigenschaften.
Xu wies darauf hin, dass die Verringerung der Wärmeleitfähigkeit in den frühen Studien zwar relativ begrenzt sei, die Erkenntnisse jedoch eine wichtige neue Methode zur Kontrolle des Wärmeflusses in Materialien offenbarten. Sie erklärte, dass die Wärmeleitfähigkeit unterdrückt werde, indem die Dichte der thermisch zugänglichen Schwingungsmoden, die für den Wärmetransport zur Verfügung stehen, reduziert werde, und das Material behalte seine dichte, mechanisch flexible und flammhemmende Beschaffenheit.
Referenz: „Suppressing thermal transport in nonporous polymer hybrids by limiting thermally accessible vibrational modes“ von Henry Worden, Mihir Chandra, Yijie Zhou, Zarif Ahmad Razin Bhuiyan, Mouyang Cheng, Krishnamurthy Munusamy, Duc Nghiem, Weiguo Hu, Weibo Yan, Siyu Wu, Ruipeng Li, Zhang Jiang, Anna Chatterji, Shengjia Zhang, Ilia N. Ivanov, Jihua Chen, Jack C. Lasseter, Mengru Jin, Derin Abitagaoglu, Qing Tu, Todd Emrick, Jun Liu und Yanfei Xu, 18. Mai 2026, Materials Horizons. DOI: 10.1039/D6MH00633G.
Die Studie wurde von der U.S. National Science Foundation, der Federal Aviation Administration und der University of Massachusetts Amherst unterstützt.
