"Wundermaterial" leitet und blockiert Wärme
Wissenschaftler aus den USA und Schweden zeigen Schichten mit frappierenden Eigenschaften
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Material mit Doppelfunktion sichtbar gemacht (Illustration: chalmers.se/eng) |
Chicago/Chalmers (pte004/05.10.2021/06:15)
Es gibt Werkstoffe wie Kupfer, die Wärme vorzüglich leiten. Andere wie Styropor sind gute Wärmeisolatoren. Forscher der University of Chicago https://www.uchicago.edu/ im US-Bundesstaat Illinois und Kollegen der Technischen University Chalmers https://www.chalmers.se/en im schwedischen Göteborg haben jetzt einen Werkstoff hergestellt, den es nach landläufiger Meinung gar nicht geben kann. Er blockiert auf der einen Seite Wärme, auf der anderen Seite leitet er sie ab. Er verhindert, dass Wärme sich in eine Richtung bewegt, sorgt aber dafür, dass sie in die andere Richtung abgeleitet wird.
[b]Kühlung mit Luft oder Wasser[/b]
Das Wärmemanagement ist eine der großen Herausforderungen in der Elektronik. Sie heizt sich im Betrieb auf. Damit die empfindlichen Prozessoren nicht zerstört werden müssen sie aktiv gekühlt werden. Im Kleinen geschieht das mit Luft, die von einem Gebläse über die Elektronik gepustet wird. Im Großen greift man auch schon mal zur Wasserkühlung.
Das Elektronik immer weiter schrumpft ist für Kühlaggregate immer weniger Platz. Umgekehrt lässt sich sagen, Gehäuse von Geräten können nicht so stark verkleinert werden wie die Elektronik es eigentlich zuließe. Kühlsysteme beanspruchen eben ein bestimmtes Volumen – sie schrumpfen nicht synchron mit der Elektronik.
[b]Wärme wird einfach abgesaugt[/b]
„Mit unserem Material können wir Wärme von den Prozessoren gewissermaßen absaugen und gleichzeitig verhindern, dass sie aus anderen Quellen, etwa dem Akku, zusätzlich aufgeheizt werden", sagt Shi En Kim, Doktorandin im Fach Physik, die das Entwicklerteam leitet. Der Schlüssel ist ein dünner Film aus Molybdändisulfid. Normalerweise ist dieses Material ein großartiger Wärmeleiter, aber das Team fand heraus, dass Wärme nicht mehr vertikal passieren kann, wenn man es aus vielen noch dünneren Schicht aufbaut, die übereinander gestapelt und ein wenig gegeneinander verdreht werden. Horizontal kann Wärme dagegen ungehindert transportiert werden.
[b]Geeignet auch für thermoelektrische Generatoren[/b]
In der Praxis kann man sich das so vorstellen. Die Wärme erzeugende Elektronik wird mit Molybdänsulfid der neuen Bauart umgeben. Es transportiert die Wärme, die vor allem die Prozessoren erzeugen, seitlich nach Draußen. Wärme, die von oben oder unten kommt, wird dagegen abgeblockt.
Kim glaubt, dass aus diesem Material auch effektivere thermoelektrische Generatoren gebaut werden können. Die nutzen das Wärmegefälle zwischen zwei Seiten des Materials, um Strom zu erzeugen.
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