Bivalentes Material: Mal kühlt, mal wärmt es

Innovation von Forschern der Duke University könnte als Hülle für Gebäude Anwendung finden

So funktioniert das bivalente Material (Grafik: Po-Chun Hsu, duke.edu)

Durham (pte020/28.10.2021/12:30)

Mit einem Material, das minutenschnell vom Modus „Heizen" in den Modus „Kühlen" umschalten kann, könnte große Mengen an Energie einsparen. Das Material, das seine Wirkungsweise ändert, wenn es unter elektrische Spannung gesetzt wird, haben Ingenieure der Duke University https://duke.edu/ in Durham im US-Bundesstaat North Carolina entwickelt. „Wir haben das allererste elektrochrome Gerät demonstriert, das zwischen Solarheizung und Strahlungskühlung umschalten kann", sagt Po-Chun Hsu, Assistenzprofessor für Maschinenbau und Materialwissenschaften.

[b]Neuartiges elektrochromes Material[/b]

Elektrochromes Material verändert seine Eigenschaften unter Stromeinfluss. Es schaltet beispielsweise auf Transparent, wenn Licht und Wärme eindringen, und auf Dunkel, wenn Wärmestrahlen abgehalten werden sollen. Derartige Fenster sind bereits im Handel. Hsus Entwicklung unterscheidet sich davon grundlegend. Es wird niemals transparent, sodass es für einen Einsatz in Fenster- oder Autoscheiben nichts taugt. Es könnte jedoch beispielsweise an Fassaden befestigt werden und dort wahlweise Wärme sammeln oder kühlen.

Im Heizmodus verdunkelt sich das Gerät, um Sonnenlicht zu absorbieren und das Entweichen von Licht im mittleren Infrarotbereich zu verhindern. Im Kühlmodus klärt sich das Material und bildet gleichzeitig einen Spiegel, der das Sonnenlicht reflektiert und Licht im mittleren Infrarotbereich durch Radiation hinter dem Gerät ableitet.

[b]„Pendler" gesucht[/b]

Es gab zwei große Probleme, die es zu überwinden galt. Die erste bestand darin, Elektrodenschichten zu schaffen, die Strom leiten und sowohl für sichtbares Licht als auch für Wärmestrahlung transparent sind. Die meisten leitfähigen Materialien wie Metalle sind für diesen Zweck ungeeignet, da diese beiden Eigenschaften im Widerspruch zueinander stehen, so dass Hsu und sein Doktorand Chenxi Sui sich auf eine Neuentwicklung konzentrierten. Das zweite Problem, das es zu lösen galt, bestand darin, ein Material zu finden, das sich zwischen zwei Flächenelektroden hin und her bewegen kann, um Licht und Wärme zu absorbieren oder passieren zu lassen.

[b]Plasmonik brachte die Lösung[b]

Die Forscher erreichten das, indem sie ein Phänomen namens Plasmonik nutzten. Wenn winzige, nanoskalige Metallpartikel nur Nanometer voneinander entfernt platziert werden, können sie bestimmte Wellenlängen des Lichts basierend auf ihrer Größe und ihrem Abstand, einfangen und so Wärme sammeln. 

Aussender:	pressetext.redaktion
Ansprechpartner:	Wolfgang Kempkens
Tel.:	+43-1-81140-300
E-Mail:	kempkens@pressetext.com
Website:	www.pressetext.com