Ingenieure haben einen extrem stabilen und einzigartigen Wärmeisolator entwickelt

Forscher der North Carolina State University haben einen Durchbruch in der Materialwissenschaft erzielt und einen Dünnschichtwerkstoff entwickelt, der extrem niedrige Wärmeleitfähigkeit mit hoher Steifigkeit kombiniert. Laut ixbt.com leitet diese neue Entwicklung Wärme etwa fünfmal schlechter als herkömmliches Silizium, ist jedoch mechanisch um ein Vielfaches stabiler. Dies berichtet die Nachrichtenquelle.

Nach den Regeln der klassischen Physik leiten feste Materialien und Metalle Wärme normalerweise gut, während effektive Wärmeisolatoren oft eine spröde oder poröse Struktur aufweisen. Das neu entwickelte Material ist jedoch keineswegs porös und hat aufgrund seiner außergewöhnlichen physikalischen Eigenschaften die Aufmerksamkeit von Experten auf sich gezogen. Bei Raumtemperatur liegt die Wärmeleitfähigkeit bei nur etwa 0,04 W/(m·K), während sie bei Silizium etwa 0,2 W/(m·K) beträgt.

Einzigartige Molekularstruktur sorgt für geheimnisvolle Eigenschaften

Experten erreichten dieses Ergebnis auf Basis von zweidimensionalen hybriden organisch-anorganischen Perowskiten. Die Struktur solcher Materialien besteht aus abwechselnden organischen und anorganischen Kristallschichten. Die Wissenschaftler veränderten die molekulare Architektur des Materials grundlegend, indem sie herkömmliche Kohlenstoffketten durch speziell ausgewählte Benzolringe ersetzten.

Die durchgeführten chemischen Veränderungen stoppten effektiv die Ausbreitung von Schwingungen, die thermische Energie durch das Material transportieren. Gleichzeitig blieb die hohe Steifigkeit der kristallinen Struktur vollständig erhalten. Das Ergebnis ist ein Dünnschichtfilm auf Basis einer Azobenzol-Ethylammonium-Blei-Iodid-Verbindung, der eine einzigartige Kombination aus mechanischen und thermischen Eigenschaften aufweist.

Perspektiven für die praktische Anwendung und Zukunftspläne

Ein weiterer wesentlicher Vorteil dieser Technologie ist die Möglichkeit ihres großflächigen Einsatzes. Die Forscher betonen, dass das neue Material als dünne Schicht auf große Oberflächen aufgetragen oder als zuverlässige Schutzbeschichtung für kritische Bauteile verwendet werden kann. In Zukunft könnten solche Beschichtungen in der Mikroelektronik dazu dienen, einzelne Komponenten effektiv von Wärmequellen zu isolieren.

Die Entwickler gehen zudem davon aus, dass diese Technologie in der Luft- und Raumfahrt sowie in anderen komplexen Systemen nützlich sein wird, in denen Steifigkeit, Wärmeisolierung und geringes Gewicht gleichermaßen gefordert sind. Es bleibt jedoch noch viel zu tun, um das Material in die industrielle Serienfertigung zu überführen.

Die Wissenschaftler stehen vor der Aufgabe, die Haltbarkeit, die Stabilität der Eigenschaften, die Produktionskosten sowie das Verhalten unter verschiedenen Betriebsbedingungen gründlich zu prüfen. Zudem wird darauf hingewiesen, dass der Bleigehalt die Verwendung des Materials in bestimmten Bereichen künftig einschränken könnte.