Welches Material hält Wärme ab?

Graphen: Vom Wärmeleiter zum Wärmedämmstoff

Graphen, bekannt für seine außergewöhnliche Wärmeleitfähigkeit, überrascht die Wissenschaft mit einer neuen Eigenschaft: In Kombination mit anderen zweidimensionalen Materialien wirkt es als effektiver Wärmeschutz. Diese unerwartete Kombination eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Materialien, die Temperatur effektiv abschirmen können.

Bisher galt Graphen als das Material mit der höchsten Wärmeleitfähigkeit überhaupt. Diese Eigenschaft macht es zu einem idealen Kandidaten für die Entwicklung von Kühlsystemen und anderen Anwendungen, bei denen eine effiziente Wärmeableitung gewünscht ist. Doch nun hat sich gezeigt, dass Graphen in Kombination mit anderen zweidimensionalen Materialien, wie beispielsweise hexagonalem Bornitrid (h-BN), eine überraschende Eigenschaft entwickelt: Es wird zum Wärmedämmstoff.

Wie funktioniert diese Transformation?

Die Kombination von Graphen und h-BN führt zu einer Veränderung der Schwingungseigenschaften des Materials. Die Phononen, also die Quanten der Gitterschwingungen, können in diesem Verbundmaterial nicht mehr so leicht durch das Material wandern. Stattdessen werden sie an den Grenzflächen zwischen den beiden Materialien reflektiert, was zu einer deutlich reduzierten Wärmeleitfähigkeit führt.

Die Auswirkungen dieser Entdeckung sind vielversprechend:

• Effektivere Wärmedämmung: Mit Graphen-h-BN-Verbundmaterialien lassen sich Bauwerke und andere Objekte effektiv vor Hitze und Kälte schützen. Dies könnte zu Energieeinsparungen und einem geringeren CO2-Ausstoß führen.
• Neue Anwendungen in der Elektronik: Die Fähigkeit, die Wärmeleitung in elektronischen Bauteilen gezielt zu steuern, eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung leistungsstärkerer und energieeffizienterer Geräte.
• Entwicklung von thermisch isolierenden Materialien: Diese neuen Verbundmaterialien könnten auch für die Entwicklung von Schutzkleidung für extreme Temperaturen oder für den Bau von thermisch isolierten Verpackungen eingesetzt werden.

Die Forschung an Graphen-h-BN-Verbundmaterialien befindet sich noch in einem frühen Stadium, doch die Ergebnisse sind vielversprechend. Es ist zu erwarten, dass diese neue Technologie in den kommenden Jahren eine wichtige Rolle bei der Entwicklung neuer Materialien mit einzigartigen Eigenschaften spielen wird. Die Entdeckung des “Wärme-Schalters” in Graphen unterstreicht einmal mehr die Vielseitigkeit dieses faszinierenden Materials und eröffnet neue Möglichkeiten für Innovationen in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik.