Art von Verschmutzung schützt Fenster vor Wärmeverlust
Hauchdünne Beschichtung von Rice-Wissenschaftlern ist aus Bornitrid und reduziert Energieverluste
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Transparenztest an beschichteter Scheibe, mittig im Bild (Foto: Jorge Vidal/Rice University) |
Houston (pte005/14.07.2025/06:15)
Mit einer neuartigen hauchdünnen Beschichtung ist es einem Team um Pulickel Ajayan von der Rice University gelungen, den Wärmeverlust durch Fensterscheiben um rund drei Prozent weiter zu senken. Als Referenz dient herkömmliches beschichtetes Wärmeschutzglas, das die Verluste bereits deutlich reduziert. Die Beschichtung ist so dünn, dass das Glas genauso transparent erscheint wie normales Fensterglas.
Mit Kohlenstoffatomen dotiert
Die Beschichtung besteht aus Bornitrid, einer Keramik, die keine sonderlich große wärmedämmende Wirkung aufweist. Das Ajavan dennoch so erfolgreich ist liegt an einer vermeintlich abgedrehten Idee: Er dotierte das Bornitrid mit Kohlenstoffatomen - das heißt, in der Beschichtung kommen die Fremdatome nur vereinzelt vor. Das reine Bornitrid wird gewissermaßen verschmutzt, was zu einer frappierenden Wirkung führt.
Das die Rice-Forscher überhaupt mit Bornitrid experimentierten, liegt daran, dass es sich um eine schier unverwüstliche Keramik handelt. Sie ist gegen Umwelteinflüsse wie Regen und ultraviolette Strahlen der Sonne vollkommen immun, zudem äußerst kratzfest. Deshalb kann die Schicht auf der Außenseite der Fensterscheibe abgeschieden werden, was die Wirkung noch erhöht. Herkömmliche Wärmeschutzbeschichtungen sind anfällig für Verschleiß durch Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und Temperaturschwankungen. Deshalb müssen sie auf der Innenseite von Fensterscheiben angebracht werden.
Plasmawolke setzt sich auf Glas fest
Zur Herstellung der Beschichtung verwendet das Team Laserstrahlverdampfen, ein Verfahren, bei dem kurze, hochenergetische Laserimpulse auf festes Bornitrid treffen. Dieses wird dadurch in ein Plasma verwandelt, eine gasähnliche Wolke aus elektrisch geladenen Teilchen, die sich auf der Glasscheibe absetzt. Der Prozess findet bei Raumtemperatur statt, benötigt also nur wenig Energie, und hat einen zusätzlichen Vorteil: Mit dieser Technik können auch hitzeempfindliche Materialien wie Textilien und Bauteile aus Kunststoff beschichtet werden, sodass sie Wärme zurückhalten.
Bornitrid ist deutlich kostengünstiger als Silber oder Indiumzinnoxid, die als Materialien in den meisten handelsüblichen Wärmeschutzgläsern verwendet werden. Da die Dämmschichten zudem weitaus langlebiger sind als jene aus anderen Werkstoffen, ist der Kostenvorteil der Rice-Innovation noch größer.
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