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pte20170210022 Umwelt/Energie, Forschung/Entwicklung

Unsichtbare Spezialfolie hält Wärmestrahlen ab

Innovation aus Kalifornien macht Klimaanlagen beinahe überflüssig


Schematische Darstellung der hocheffizienten Nanotürmchen (Foto: ucsd.edu)
Schematische Darstellung der hocheffizienten Nanotürmchen (Foto: ucsd.edu)

San Diego (pte022/10.02.2017/12:30) - Forscher der University of California San Diego http://ucsd.edu haben eine hauchdünne, absolut transparente Folie entwickelt, die 86 Prozent der nahinfraroten Wärmestrahlung absorbiert. In welchem Winkel die Sonnenstrahlen einfallen, ist egal. Die Folie fängt alles ein. In Doppelfenster integriert, wäre sie der perfekte Wärmeschutz für Büroräume und Wohnungen. Eine Klimatisierung in heißen Sommern wäre dann fast überflüssig. Zumindest könnten Kältemaschinen optimiert und deren Stromverbrauch gedrosselt werden.

Wie ein Instrument stimmen

Es gibt bereits Folien, die Wärmestrahlen absorbieren. Für Fenster sind sie aber ungeeignet, da intransparent. Weil sie metallisch sind, lassen sie auch keine elektromagnetischen Wellen für Mobiltelefone, Fernseher und Radios durch. Die neue Folie dagegen lässt sich ähnlich wie ein Musikinstrument stimmen. In diesem Fall ist es die Wellenlänge, die sich wählen lässt. Die erste Folie verschluckt alles zwischen 1.200 und 2.200 Nanometern.

"Das Material ermöglicht eine breitbandige selektive Absorption", so Zhaowei Liu, der die Folie gemeinsam Donald Sirbuly entwickelt hat. "Wir können sie auf bestimmte Abschnitte des elektromagnetischen Spektrums einstellen." Der Effekt beruhe auf einem physikalischen Phänomen namens Oberflächen-Plasmon-Resonanz, das üblicherweise zur Messung der Dicke von Schichten, etwa Farbaufträgen, genutzt wird. Es handelt sich um eine Interaktion mit freien Elektronen an der Oberfläche. Je mehr dort herumschwirren, desto größer die Wirkung.

Erfolg durch Verunreinigung

Bei Metallen sind besonders viele freie Elektronen vorhanden. Allerdings wirken diese nur auf sichtbares Licht. Die US-Forscher versuchten es mit reinem Zinkoxid und Zinkoxid, das mit Aluminium verunreinigt ist. Auf einer Siliziumunterlage züchteten sie unzählige runde Türmchen, die mehrlagig aufgebaut sind. Die Werkstoffe wechseln sich ab. Das Ganze spielt sich in unvorstellbar kleinen Dimensionen ab. Sie sind 1730 Nanometer hoch und haben einen Durchmesser von 650 bis 770 Nanometern - ein Nanometer ist ein Millionstel Millimeter.

Zum Schluss verlagerten die Experten die Türmchenstadt auf eine transparente Kunststofffolie. Wie ihnen das gelang, verraten sie nicht. Vermutlich ätzten sie das Silizium weg, wie es bei der Herstellung von Mikroprozessoren geschieht. Jetzt kommt es darauf an, eine Technik zu finden, mit der die Türmchenstadt auf großen Flächen aufgebaut werden kann, um Fenster damit auszurüsten. "Normalerweise geht es in der Nanotechnik um wenige Zentimeter", verdeutlicht Siburly. Bei Fenstern und Terrassentüren seien es hingegen eher Meter.

(Ende)
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Ansprechpartner: Wolfgang Kempkens
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