Dünne Hightech-Folie schützt vor Extremhitze
Wissenschaftler der Tsinghua Universität entwickeln verbesserte Hülle für Raumfahrzeuge
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Nanoröhrchen: schützen vor extremer Hitze (Bild: Dean Simone, pixabay.com) |
Peking (pte004/09.09.2025/06:15)
Forscher der Tsinghua Universität haben den eigenen Angaben nach leistungsfähigsten Wärme-Isolator der Welt entwickelt. Zudem hält er Temperaturen von bis zu 2.600 Grad Celsius aus. Das übertrifft alle Materialien, die bei extremen Temperaturen verwendet werden. Dieser Durchbruch könnte für Hitzeschilde an Hyperschall- und Raumfahrzeugen genutzt werden, die beim Wiedereintritt in die Atmosphäre durch Reibung mit Luftmolekülen extrem heiß werden.
Schutzschicht gegen Verbrennen
Auch die Schutzschicht muss Extremtemperaturen aushalten, was eine Beschichtung erfordert. Beim Wärmeschild für Raumfahrzeuge ist eine solche Schutzschicht möglicherweise nicht zwingend nötig, weil ein Teil des Schildes verbrennen kann, ohne die Schutzwirkung zu gefährden. Bei irdischen Anwendungen etwa bei Schaufeln von Flugzeugturbinen geht es dagegen nicht ohne Schutzhülle.
Raumfahrzeuge, Düsentriebwerke und Industrie-Öfen benötigen Materialien, die Hitze aushalten, ohne zu schmelzen, zu reißen oder Wärme abzugeben. Hochtemperatur-Wärmedämmstoffe haben jedoch Nachteile. Entweder versagen sie bei Temperaturen über 1.500 Grad Celsius oder sie sind nicht sehr effektiv darin, den Durchgang von Wärme zu verhindern. So braucht es nur ausreichend an Dämmung, was zu mehr Volumen und Gewicht führt.
Wärme wird effektiv ferngehalten
Die Experten haben sehr dünne, flexible Folien aus Kohlenstoffnanoröhren hergestellt, deren Ausrichtung perfektioniert ist. Diese superausgerichteten Kohlenstoffnanoröhrenfolien (SACNT-SF) blockieren Wärme bei hohen Temperaturen effektiver als jeder andere bekannte Isolator. Die effektive Wärmeleitfähigkeit liegt bei Raumtemperatur bei 0,004 Watt pro Meter und Kelvin (W m−1 K−1). Bei 2.600 Grad sind es immerhin noch 0,03 W m−1 K−1.
Die Isolationseigenschaft von SACNT-SF ist auf eine Kombination verschiedener Faktoren zurückzuführen. Die gestapelten Nanoröhren bestehen größtenteils aus Zwischenräumen, sodass es nicht viel festes Material gibt, durch das Wärme wandern kann. Und die Lücken zwischen ihnen sind so winzig, dass sie die Bewegung von Gasmolekülen blockieren und so die Wärmeübertragung verhindern.
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